BR112020000215A2 - device and process for liquefying a natural gas or biogas - Google Patents
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Abstract
O processo (300) de liquefação de um gás natural ou de um biogás, comporta: - uma primeira etapa (305) de compressão de uma mistura refrigerante vaporizada; - uma primeira etapa (310) de troca de calor de resfriamento da mistura refrigerante comprimida; - uma etapa (315) de expansão da mistura refrigerante resfriada; - uma segunda etapa (320) de compressão de dióxido de carbono vaporizado; - uma segunda etapa (325) de troca de calor de resfriamento do dióxido de carbono comprimido; - uma primeira etapa (330) de troca de calor entre: - o gás e a mistura refrigerante expandida (330a) para resfriar o gás, a mistura refrigerante vaporizada sendo fornecida na primeira etapa de compressão, - a mistura refrigerante expandida e o dióxido de carbono resfriado (330b) para resfriar o dióxido de carbono, o dióxido de carbono resfriado sendo fornecido em uma etapa de expansão do dióxido de carbono, - o gás e o dióxido de carbono expandido (330c) para resfriar o gás, o dióxido de carbono vaporizado sendo fornecido na segunda etapa de compressão; e - a etapa (335) de expansão do dióxido de carbono resfriado na primeira etapa de troca de calor, o dióxido de carbono expandido sendo fornecido na primeira etapa de troca de calor.The process (300) for liquefying a natural gas or biogas comprises: - a first stage (305) of compressing a vaporized refrigerant mixture; - a first stage (310) of cooling heat exchange of the compressed refrigerant mixture; - a step (315) of expansion of the cooled refrigerant mixture; - a second stage (320) of vaporized carbon dioxide compression; - a second stage (325) of heat exchange for cooling compressed carbon dioxide; - a first stage (330) of heat exchange between: - the gas and the expanded refrigerant mixture (330a) to cool the gas, the vaporized refrigerant mixture being supplied in the first compression step, - the expanded coolant mix and cooled carbon dioxide (330b) to cool carbon dioxide, cooled carbon dioxide being supplied in a carbon dioxide expansion step, - gas and expanded carbon dioxide (330c) to cool the gas, the vaporized carbon dioxide being supplied in the second stage of compression; and - the step (335) of expansion of the cooled carbon dioxide in the first heat exchange step, the expanded carbon dioxide being supplied in the first heat exchange step.
Description
[001] A presente invenção refere-se a um dispositivo e um processo de liquefação de um gás natural ou de um biogás. Ela se aplica, notadamente, ao campo do gás natural liquefeito, da liquefação de gás natural, do transporte de gás natural, do biogás e ao campo da liquefação de gases de evaporação.[001] The present invention relates to a device and a process for liquefying a natural gas or biogas. It applies, notably, to the field of liquefied natural gas, the liquefaction of natural gas, the transportation of natural gas, biogas and the field of evaporation gas liquefaction.
[002] A liquefação de gás permite o transporte de gás natural a um volume menor em relação ao transporte do gás natural não liquefeito.[002] Gas liquefaction allows the transport of natural gas to a lower volume than the transport of non-liquefied natural gas.
[003] Nas últimas décadas, as tecnologias de liquefação têm visado as grandes capacidades de gás por razões de economia de escala.[003] In recent decades, liquefaction technologies have targeted large gas capacities for reasons of economies of scale.
[004] A implementação das tecnologias assim utilizadas requer investimentos muito grandes e apresenta custos de transportes muito elevados (infraestruturas de liquefação marítimas e de recepção). Assim, por um lado, a tendência das capacidades de liquefação tem sido de acrescer o volume de gás natural transportado a fim de obter economias de escala e a fim de tornar a economia destes projetos mais atrativa. Por outro lado, os investimentos realizados para implementar estas tecnologias têm visado este dimensionamento e a construção de processos de liquefação que devem ser os mais eficazes possíveis a fim de minimizar os custos de operação na sequência.[004] The implementation of the technologies thus used requires very large investments and presents very high transport costs (maritime liquefaction and reception infrastructures). Thus, on the one hand, the trend in liquefaction capacities has been to increase the volume of natural gas transported in order to obtain economies of scale and in order to make the economy of these projects more attractive. On the other hand, the investments made to implement these technologies have been aimed at this dimensioning and the construction of liquefaction processes that must be as effective as possible in order to minimize the operating costs in the sequence.
[005] Atualmente, o número de projetos de grande escala tem diminuído fortemente e observa-se uma renovação do interesse para a produção em pequena capacidade de gás natural liquefeito a partir de gás natural ou de biogás.[005] Currently, the number of large-scale projects has declined sharply and there is a renewed interest in small-scale production of liquefied natural gas from natural gas or biogas.
[006] Com efeito, a valorização das pequenas fontes de gás, os gases fatais e o biogás são novas oportunidades promovidas notadamente por uma tomada de consciência ambiental das populações e governos ou uma vontade de atender um consumidor isolado em zonas sem infraestrutura de transporte e/ou distribuição de gás. Estas oportunidades são, no entanto, demasiadamente pequenas para justificar o emprego das tecnologias destinadas à produção em grande escala (a transposição das tecnologias tradicionais não é pertinente, porque é demasiadamente complexa e não permite justificar a viabilidade econômica destes novos projetos), donde a necessidade de propor novas tecnologias que possam responder às três principais questões relativas à liquefação em pequena escala: - a redução de custos de investimentos tanto quanto possível mantendo uma eficácia tão elevada quanto possível a fim de minimizar os custos operacionais, - o aumento da eficácia do processo para minimizar a perda de produto: os volumes de gás a valorizar são pequenos, o que torna cada molécula importante e - a redução dos riscos sanitários, ambientais e de segurança em razão da proximidade destas tecnologias mais próximas de áreas urbanas e a redução do impacto ambiental destas tecnologias.[006] In fact, the valorisation of small gas sources, fatal gases and biogas are new opportunities promoted notably by an environmental awareness of the populations and governments or a desire to serve an isolated consumer in areas without transport infrastructure and / or gas distribution. These opportunities are, however, too small to justify the use of technologies for large-scale production (the transposition of traditional technologies is not relevant, because it is too complex and does not justify the economic viability of these new projects), hence the need to propose new technologies that can answer the three main questions relating to small-scale liquefaction: - reducing investment costs as much as possible while maintaining as high an efficiency as possible in order to minimize operating costs, - increasing the efficiency of the process to minimize product loss: the volumes of gas to be recovered are small, which makes each molecule important and - the reduction of health, environmental and safety risks due to the proximity of these technologies closer to urban areas and the reduction of the impact these technologies.
[007] Conhece-se três tipos de processos de liquefação: - os processos em ciclo fechado com mudança de fase do refrigerante, este último podendo ser um corpo puro ou uma mistura refrigerante a fim de melhorar a eficácia,[007] Three types of liquefaction processes are known: - closed-loop processes with phase change of the refrigerant, the latter being a pure body or a refrigerant mixture in order to improve efficiency,
- os processos em ciclo fechado de Brayton ou a expansão ("expansion cycle") em que o refrigerante permanece no estado gasoso e - os processos em ciclo aberto, em que o frio não é criado, mas introduzido por um meio exterior, tipicamente o nitrogênio líquido, e onde a liquefação do gás natural resulta de uma simples troca de calor com o meio frio que se vaporizou; este tipo de processo é geralmente utilizado em laboratórios ou em aplicações muito pontuais necessitando muito pouco de desempenho e muito de simplicidade.- the Brayton closed-cycle processes or the expansion cycle in which the refrigerant remains in a gaseous state and - the open-cycle processes, in which the cold is not created, but introduced by an external means, typically the liquid nitrogen, and where the liquefaction of natural gas results from a simple exchange of heat with the cold medium that has vaporized; this type of process is generally used in laboratories or in very specific applications requiring very little performance and a lot of simplicity.
[008] Os processos em ciclo fechado com mudança de fase apresentam os inconvenientes de necessitar de investimentos de capital elevados, de serem complexos em sua implementação e de necessitar de equipamentos volumosos.[008] Closed-loop processes with phase change present the drawbacks of requiring high capital investments, of being complex in their implementation and of requiring bulky equipment.
[009] Os processos de Brayton apresentam os inconvenientes de apresentar um desempenho energético de mediano a pobre, de necessitar de investimentos de capital e de custos de exploração elevados e de necessitar de equipamentos volumosos.[009] Brayton's processes have the disadvantages of having an average to poor energy performance, needing capital investments and high operating costs and needing bulky equipment.
[0010] Os processos em ciclo aberto apresentam os inconvenientes de apresentar um desempenho energético pobre e um custo elevado de aprovisionamento energético.[0010] Open cycle processes have the drawbacks of poor energy performance and a high cost of energy supply.
[0011] A presente invenção visa remediar totalmente ou em parte estes inconvenientes.[0011] The present invention aims to remedy all or part of these drawbacks.
[0012] Para remediar totalmente ou em parte estes inconvenientes, a presente invenção propõe um processo e um dispositivo tendo por princípio geral o resfriamento por trocas de calor sucessivas entre o gás natural ou o biogás com corpos ou misturas refrigerantes. Desta maneira, a temperatura do biogás ou do gás natural é progressivamente abaixada até a liquefação do dito biogás ou gás natural.[0012] To totally or partially remedy these drawbacks, the present invention proposes a process and a device with the general principle of cooling by successive heat exchanges between natural gas or biogas with refrigerant bodies or mixtures. In this way, the temperature of the biogas or natural gas is progressively lowered until the liquefaction of said biogas or natural gas is liquefied.
[0013] Preferencialmente, este resfriamento inclui um pré-resfriamento por troca de calor entre o gás natural ou o biogás e um composto refrigerante puro resfriado.[0013] Preferably, this cooling includes a pre-cooling by heat exchange between natural gas or biogas and a cooled pure refrigerant compound.
[0014] No mínimo, este resfriamento inclui uma troca de calor entre o gás natural ou o biogás, uma mistura refrigerante e o dióxido de carbono resfriado. Este resfriamento é preferencialmente realizado depois da etapa de pré-resfriamento.[0014] At a minimum, this cooling includes a heat exchange between natural gas or biogas, a cooling mixture and the cooled carbon dioxide. This cooling is preferably carried out after the pre-cooling step.
[0015] Preferencialmente, o processo e o dispositivo objetos da presente invenção comportam uma etapa de resfriamento adicional, a jusante da etapa de resfriamento, entre o gás natural ou o biogás e a mistura refrigerante resfriada. A mistura resfriada reaquecida no curso da etapa adicional de resfriamento é fornecida à etapa de resfriamento.[0015] Preferably, the process and the device object of the present invention comprise an additional cooling step, downstream of the cooling step, between the natural gas or biogas and the cooled refrigerant mixture. The cooled mixture reheated in the course of the additional cooling step is supplied to the cooling step.
[0016] Cada composto ou mistura refrigerante e o dióxido de carbono é resfriado seja a jusante da etapa de pré- resfriamento seja a jusante da etapa de resfriamento.[0016] Each refrigerant compound or mixture and carbon dioxide is cooled either downstream of the pre-cooling step or downstream of the cooling step.
[0017] Assim, de acordo com um primeiro aspecto, a presente invenção visa um dispositivo de liquefação de um gás natural ou de um biogás, que comporta: - um primeiro compressor de uma mistura refrigerante vaporizada, - um primeiro trocador de calor de resfriamento da mistura refrigerante comprimida, - um meio de expansão da mistura refrigerante resfriada, - um segundo compressor de dióxido de carbono vaporizado,[0017] Thus, according to a first aspect, the present invention aims at a liquefaction device of a natural gas or a biogas, comprising: - a first compressor of a vaporized refrigerant mixture, - a first cooling heat exchanger of the compressed refrigerant mixture, - a means of expansion of the cooled refrigerant mixture, - a second vaporized carbon dioxide compressor,
- um segundo trocador de calor de resfriamento do dióxido de carbono comprimido, - um primeiro corpo de troca de calor entre: - o gás e a mistura refrigerante expandida para resfriar o gás, a mistura refrigerante vaporizada sendo fornecida ao primeiro compressor, - a mistura refrigerante expandida e o dióxido de carbono resfriado para resfriar o dióxido de carbono, o dióxido de carbono resfriado sendo fornecido a um meio de expansão do dióxido de carbono, - o gás e o dióxido de carbono expandido para resfriar o gás, o dióxido de carbono vaporizado sendo fornecido ao segundo compressor e - o meio de expansão do dióxido de carbono resfriado no primeiro corpo de troca, o dióxido de carbono expandido sendo fornecido ao primeiro corpo de troca.- a second compressed carbon dioxide cooling heat exchanger, - a first heat exchange body between: - the gas and the expanded refrigerant mixture to cool the gas, the vaporized refrigerant mixture being supplied to the first compressor, - the mixture expanded coolant and cooled carbon dioxide to cool carbon dioxide, cooled carbon dioxide being supplied to a carbon dioxide expansion medium, - gas and expanded carbon dioxide to cool gas, carbon dioxide vaporized being supplied to the second compressor and - the carbon dioxide expansion medium cooled in the first exchange body, the expanded carbon dioxide being supplied to the first exchange body.
[0018] Graças a estas disposições, o dispositivo objeto da presente invenção: - não necessita da presença de hidrocarbonetos pesados nas misturas refrigerantes, que podem acarretar problemas/riscos de cristalização no primeiro corpo de troca de calor, - implementa um número reduzido de compostos químicos diferentes como refrigerante e - minimiza as vazões de circulação dos refrigerantes.[0018] Thanks to these provisions, the device object of the present invention: - does not require the presence of heavy hydrocarbons in the refrigerant mixtures, which can cause problems / risks of crystallization in the first heat exchange body, - implements a reduced number of compounds different chemicals such as refrigerant and - minimizes refrigerant circulation flows.
[0019] Além disso, a utilização do dióxido de carbono como refrigerante permite - reduzir a vazão do ciclo refrigerante e assim o tamanho do compressor necessário em comparação com um processo não utilizando dióxido de carbono como que refrigerante (por exemplo o nitrogênio gasoso) e - reduzir o número de compostos químicos utilizados na mistura refrigerante suprimindo a utilização dos compostos de tipo propano e hidrocarbonetos mais pesados potencialmente cristalizáveis para a liquefação do gás.[0019] In addition, the use of carbon dioxide as a refrigerant allows - to reduce the flow rate of the refrigerant cycle and thus the size of the compressor needed in comparison with a process not using carbon dioxide as a refrigerant (for example nitrogen gas) and - to reduce the number of chemical compounds used in the refrigerant mixture by eliminating the use of potentially heavier crystallizable propane and hydrocarbon compounds for gas liquefaction.
[0020] Em modos de realização, o dispositivo objeto da presente invenção comporta: - um terceiro compressor de um composto refrigerante puro vaporizado, - um terceiro trocador de calor de resfriamento do composto refrigerante comprimido, - um segundo corpo de troca de calor entre: - o composto refrigerante expandido e o composto refrigerante resfriado para resfriar o composto refrigerante, o composto refrigerante resfriado sendo fornecido a um meio de expansão do composto refrigerante, - o gás e o composto refrigerante expandido para resfriar o gás, o composto refrigerante vaporizado sendo fornecido ao terceiro compressor e o gás sendo fornecido ao primeiro corpo de troca de calor e - o meio de expansão do composto refrigerante resfriado no segundo corpo de troca, o composto refrigerante expandido sendo fornecido ao segundo corpo de troca.[0020] In embodiments, the device object of the present invention comprises: - a third compressor of a vaporized pure refrigerant compound, - a third cooling heat exchanger of the compressed refrigerant compound, - a second heat exchange body between: - the expanded refrigerant compound and the cooled refrigerant compound to cool the refrigerant compound, the cooled refrigerant compound being supplied to a cooling medium expansion medium, - the gas and the expanded refrigerant compound to cool the gas, the vaporized refrigerant compound being supplied to the third compressor and the gas being supplied to the first heat exchange body and - the expansion medium of the refrigerant compound cooled in the second exchange body, the expanded refrigerant compound being supplied to the second exchange body.
[0021] Estes modos de realização permitem pré-resfriar o gás antes que este gás atravesse o primeiro corpo de troca de calor.[0021] These embodiments allow the gas to be pre-cooled before this gas passes through the first heat exchange body.
[0022] Em modos de realização, o composto refrigerante puro é amoníaco ou propano.[0022] In embodiments, the pure refrigerant compound is ammonia or propane.
[0023] Estes modos de realização permitem minimizar a utilização de compostos explosivos.[0023] These embodiments allow to minimize the use of explosive compounds.
[0024] Em modos de realização, o dispositivo objeto da presente invenção comporta, a jusante do primeiro corpo de troca sobre o caminho percorrido pelo gás, um terceiro corpo de troca de calor entre o gás e a mistura refrigerante expandida para resfriar o gás, a mistura refrigerante na saída sendo fornecida ao primeiro corpo de troca.[0024] In embodiments, the device object of the present invention comprises, downstream of the first exchange body on the path traveled by the gas, a third heat exchange body between the gas and the expanded refrigerant mixture to cool the gas, the coolant mixture at the outlet being supplied to the first exchange body.
[0025] Estes modos de realização permitem resfriar adicionalmente o gás depois que este gás atravessa o primeiro corpo de troca de calor.[0025] These embodiments allow to further cool the gas after this gas passes through the first heat exchange body.
[0026] Em modos de realização, a mistura refrigerante comporta nitrogênio e/ou metano.[0026] In embodiments, the refrigerant mixture contains nitrogen and / or methane.
[0027] Estes modos de realização permitem limitar a utilização de compostos explosivos.[0027] These embodiments make it possible to limit the use of explosive compounds.
[0028] Em modos de realização, o dispositivo objeto da presente invenção comporta um meio de coleta de gás de evaporação em um reservatório de gás liquefeito, o gás de evaporação coletado sendo utilizado na mistura refrigerante.[0028] In embodiments, the device object of the present invention comprises a means of collecting evaporation gas in a reservoir of liquefied gas, the collected evaporation gas being used in the refrigerant mixture.
[0029] Estes modos de realização permitem explorar o gás de evaporação como refrigerante (sem necessidade de fracionamento ou separação), este gás de evaporação sendo habitualmente utilizado para gerar a energia necessária para acionar os compressores.[0029] These embodiments allow you to exploit the evaporation gas as a refrigerant (without the need for fractionation or separation), this evaporation gas being usually used to generate the energy needed to drive the compressors.
[0030] Em modos de realização, pelo menos um fluido quente e pelo menos um fluido frio em um corpo de troca circulam em contracorrente um com o outro.[0030] In embodiments, at least one hot fluid and at least one cold fluid in an exchange body circulate in countercurrent with each other.
[0031] Estes modos de realização permitem maximizar a transferência de calor entre o fluido quente e o fluido frio.[0031] These embodiments allow to maximize the heat transfer between the hot fluid and the cold fluid.
[0032] De acordo com um segundo aspecto, a presente invenção visa um processo de liquefação de um gás natural ou de um biogás, que comporta:[0032] According to a second aspect, the present invention aims at a process of liquefaction of a natural gas or a biogas, comprising:
- uma primeira etapa de compressão de uma mistura refrigerante vaporizada, - uma primeira etapa de troca de calor de resfriamento da mistura refrigerante comprimida, - uma etapa de expansão da mistura refrigerante resfriada, - uma segunda etapa de compressão de dióxido de carbono vaporizado, - uma segunda etapa de troca de calor de resfriamento do dióxido de carbono comprimido, - uma primeira etapa de troca de calor entre: - o gás e a mistura refrigerante expandida para resfriar o gás, a mistura refrigerante vaporizada sendo fornecida à primeira etapa de compressão, - a mistura refrigerante expandida e o dióxido de carbono resfriado para resfriar o dióxido de carbono, o dióxido de carbono resfriado sendo fornecido a uma etapa de expansão do dióxido de carbono, - o gás e o dióxido de carbono expandido para resfriar o gás, o dióxido de carbono vaporizado sendo fornecido à segunda etapa de compressão e - a etapa de expansão do dióxido de carbono resfriado na primeira etapa de troca de calor, o dióxido de carbono expandido sendo fornecido à primeira etapa de troca de calor.- a first stage of compression of a vaporized refrigerant mixture, - a first stage of cooling heat exchange of the compressed refrigerant mixture, - a stage of expansion of the cooled refrigerant mixture, - a second stage of compression of vaporized carbon dioxide, - a second stage of heat exchange for cooling compressed carbon dioxide, - a first stage of heat exchange between: - the gas and the expanded refrigerant mixture to cool the gas, the vaporized refrigerant mixture being supplied to the first compression stage, - the expanded refrigerant mixture and the cooled carbon dioxide to cool the carbon dioxide, the cooled carbon dioxide being supplied to a carbon dioxide expansion step, - the gas and the expanded carbon dioxide to cool the gas, vaporized carbon dioxide being supplied to the second stage of compression and - the stage of expansion of the cooled carbon dioxide in the first stage of lime exchange or, the expanded carbon dioxide being supplied to the first heat exchange step.
[0033] Em modos de realização, o processo objeto da presente invenção comporta: - uma terceira etapa de compressão de um composto refrigerante puro vaporizado, - uma terceira etapa de troca de calor de resfriamento do composto refrigerante comprimido,[0033] In embodiments, the process object of the present invention comprises: - a third stage of compression of a vaporized pure refrigerant compound, - a third stage of cooling heat exchange of the compressed refrigerant compound,
- uma segunda etapa de troca de calor entre: - o composto refrigerante expandido e o composto refrigerante, resfriado para resfriar o composto refrigerante, o composto refrigerante resfriado no curso de esta etapa sendo fornecido a uma etapa de expansão do composto refrigerante, - o gás e o composto refrigerante expandido para resfriar o gás, o composto refrigerante vaporizado sendo fornecido à terceira etapa de compressão e o gás sendo fornecido à primeira etapa de troca de calor e - a etapa de expansão do composto refrigerante resfriado na segunda etapa de troca de calor, o composto refrigerante expandido sendo fornecido à segunda etapa de troca de calor.- a second heat exchange step between: - the expanded refrigerant compound and the refrigerant compound, cooled to cool the refrigerant compound, the refrigerant compound cooled in the course of this step being supplied to an expansion phase of the refrigerant compound, - the gas and the expanded refrigerant compound to cool the gas, the vaporized refrigerant compound being supplied to the third stage of compression and the gas being supplied to the first stage of heat exchange and - the stage of expansion of the refrigerant compound cooled in the second stage of heat exchange , the expanded refrigerant compound being supplied to the second heat exchange step.
[0034] Em modos de realização, o processo objeto da presente invenção comporta, a jusante da primeira etapa de troca de calor sobre o caminho percorrido pelo gás, uma terceira etapa de troca de calor entre o gás e a mistura refrigerante expandida para resfriar o gás, a mistura refrigerante na saída sendo fornecida à primeira etapa de troca de calor.[0034] In embodiments, the process object of the present invention comprises, downstream of the first heat exchange stage on the path traveled by the gas, a third stage of heat exchange between the gas and the expanded refrigerant mixture to cool the gas, the refrigerant mixture at the outlet being supplied to the first heat exchange stage.
[0035] As finalidades, vantagens e características particulares do processo objeto da presente invenção sendo similares àquelas do dispositivo objeto da presente invenção, elas não são recapituladas aqui.[0035] The purposes, advantages and particular characteristics of the process object of the present invention being similar to those of the device object of the present invention, they are not recapitulated here.
[0036] Outras vantagens, finalidades e características particulares da invenção vão ressaltar da descrição não limitativa que se segue de pelo menos um modo de realização particular do dispositivo e do processo objetos da presente invenção, tendo em vista os desenhos anexos, em que:[0036] Other advantages, purposes and particular characteristics of the invention will be highlighted in the following non-limiting description of at least one particular embodiment of the device and process object of the present invention, in view of the attached drawings, in which:
A Figura 1 representa, esquematicamente, um modo de realização particular do dispositivo objeto da presente invenção, A Figura 2 representa, esquematicamente, um modo de realização particular de uma embarcação comportando um dispositivo objeto da presente invenção e A Figura 3 representa, esquematicamente e sob forma de um diagrama lógico, uma sucessão de etapas particulares do processo objeto da presente invenção.Figure 1 schematically represents a particular embodiment of the device object of the present invention, Figure 2 schematically represents a particular embodiment of a vessel comprising a device object of the present invention and Figure 3 schematically and under in the form of a logical diagram, a succession of particular steps of the process object of the present invention.
[0037] A presente descrição é dada a título não limitativo, cada característica de um modo de realização podendo ser combinada com qualquer outra característica de qualquer outro modo de realização de maneira vantajosa.[0037] The present description is given by way of limitation, each characteristic of one embodiment being able to be combined with any other characteristic of any other embodiment advantageously.
[0038] Nota-se desde a presente que as figuras não estão em escala.[0038] It is noted from the present that the figures are not to scale.
[0039] A presente invenção propõe um processo e um dispositivo tendo por princípio geral o resfriamento por trocas de calor sucessivas entre o gás natural ou o biogás com corpos ou misturas refrigerantes. Desta maneira, a temperatura do biogás ou do gás natural é progressivamente abaixada até a liquefação do dito biogás ou gás natural.[0039] The present invention proposes a process and a device with the general principle of cooling by successive heat exchanges between natural gas or biogas with refrigerant bodies or mixtures. In this way, the temperature of the biogas or natural gas is progressively lowered until the liquefaction of said biogas or natural gas is liquefied.
[0040] Preferencialmente, este resfriamento por etapas inclui um pré-resfriamento por troca de calor entre o gás natural ou o biogás e um composto refrigerante puro resfriado. Este estágio de pré-resfriamento corresponde ao segundo corpo de troca de calor 150 conforme Figura 1 e à segunda etapa de troca de calor 350 conforme Figura 3. Este pré-resfriamento pode ser realizado de maneira externa ao processo ou ao dispositivo objeto da presente invenção, o gás pré-resfriado sendo então fornecido à primeira etapa de troca de calor 330 ou ao primeiro corpo de troca de calor[0040] Preferably, this step-wise cooling includes a pre-cooling by heat exchange between natural gas or biogas and a pure cooled refrigerated compound. This pre-cooling stage corresponds to the second heat exchange body 150 as shown in Figure 1 and the second heat exchange stage 350 as shown in Figure 3. This pre-cooling can be carried out externally to the process or the device object of the present invention. , the pre-cooled gas is then supplied to the first heat exchange stage 330 or to the first heat exchange body
130.130.
[0041] Este resfriamento por etapas inclui, à guisa de resfriamento principal, uma etapa de troca de calor entre o gás natural ou o biogás, uma mistura refrigerante e do dióxido de carbono resfriado. Este resfriamento é preferencialmente realizado depois da etapa de pré- resfriamento mencionada acima. É, todavia, possível que o gás que deixa esta etapa não esteja ainda completamente liquefeito, e o resfriamento por etapas inclui então, preferencialmente, uma etapa de resfriamento adicional, ou etapa de liquefação do gás, a jusante da etapa de resfriamento principal.[0041] This step-by-step cooling includes, by way of main cooling, a heat exchange step between natural gas or biogas, a cooling mixture and the cooled carbon dioxide. This cooling is preferably carried out after the pre-cooling step mentioned above. It is, however, possible that the gas leaving this step is not yet completely liquefied, and the step cooling then preferably includes an additional cooling step, or gas liquefaction step, downstream of the main cooling step.
[0042] No curso desta etapa de liquefação, a temperatura do gás é de novo abaixada de maneira que o gás esteja sensivelmente liquefeito. Esta etapa de liquefação pode ser realizada a jusante do processo objeto da presente invenção por um dispositivo de terceiros.[0042] In the course of this liquefaction step, the gas temperature is lowered again so that the gas is substantially liquefied. This liquefaction step can be carried out downstream of the process object of the present invention by a third party device.
[0043] Assim, como se compreende, o gás que entra no processo é gradualmente liquefeito pela troca de calor entre: - o gás e um composto refrigerante puro se o processo inclui uma etapa de pré-resfriamento, - o gás, uma mistura refrigerante e dióxido de carbono e - o gás e a mistura refrigerante se o processo inclui uma etapa de liquefação.[0043] Thus, as understood, the gas entering the process is gradually liquefied by the heat exchange between: - the gas and a pure refrigerant compound if the process includes a pre-cooling step, - the gas, a refrigerant mixture and carbon dioxide and - the gas and the refrigerant mixture if the process includes a liquefaction step.
[0044] A presente descrição divulga o objeto da presente invenção, conforme as Figuras 1 e 3, apresentando em um primeiro tempo o estágio de resfriamento principal, e depois a etapa de pré-resfriamento e por fim a etapa de liquefação, estas duas últimas etapas sendo opcionais.[0044] The present description discloses the object of the present invention, according to Figures 1 and 3, presenting in the first stage the main cooling stage, then the pre-cooling stage and finally the liquefaction stage, the latter two steps being optional.
[0045] Observa-se, na Figura 1, que não está em escala, uma vista esquemática de um modo de realização do dispositivo 100 objeto da presente invenção. Este dispositivo 100 de liquefação de um gás natural ou de um biogás, comporta: - um primeiro compressor 105 de uma mistura refrigerante vaporizada, - um primeiro trocador 110 de calor de resfriamento da mistura refrigerante comprimida, - um meio 115 de expansão da mistura refrigerante resfriada, - um segundo compressor 120 de dióxido de carbono vaporizado, - um segundo 125 trocador de calor de resfriamento do dióxido de carbono comprimido, - um primeiro corpo 130 de troca de calor entre: - o gás e a mistura refrigerante expandida para resfriar o gás, a mistura refrigerante vaporizada sendo fornecida ao primeiro compressor, - a mistura refrigerante expandida e o dióxido de carbono resfriado para resfriar o dióxido de carbono, o dióxido de carbono resfriado sendo fornecido a um meio 135 de expansão do dióxido de carbono, - o gás e o dióxido de carbono expandido para resfriar o gás, o dióxido de carbono vaporizado sendo fornecido ao segundo compressor e - o meio 135 de expansão do dióxido de carbono resfriado no primeiro corpo de troca, o dióxido de carbono expandido sendo fornecido ao primeiro corpo de troca.[0045] It is observed, in Figure 1, that is not to scale, a schematic view of an embodiment of the device 100 object of the present invention. This device 100 for liquefying a natural gas or a biogas comprises: - a first compressor 105 of a vaporized refrigerant mixture, - a first heat exchanger 110 of the compressed refrigerant mixture, - an expansion medium 115 of the refrigerant mixture - a second vaporized carbon dioxide compressor 120, - a second compressed carbon dioxide cooling heat exchanger 125, - a first heat exchange body 130 between: - the gas and the expanded refrigerant mixture to cool the gas, the vaporized refrigerant mixture being supplied to the first compressor, - the expanded refrigerant mixture and the cooled carbon dioxide to cool the carbon dioxide, the cooled carbon dioxide being supplied to a carbon dioxide expansion medium, - the gas and the expanded carbon dioxide to cool the gas, the vaporized carbon dioxide being supplied to the second compressor and - the dioxide expansion medium 135 the carbon cooled in the first exchange body, the expanded carbon dioxide being supplied to the first exchange body.
[0046] A mistura refrigerante comporta, por exemplo, nitrogênio, metano, etano, etileno, propano, um isobutano, um isopentano, um butano normal e/ou n-pentano.[0046] The refrigerant mixture contains, for example, nitrogen, methane, ethane, ethylene, propane, an isobutane, an isopentane, a normal butane and / or n-pentane.
[0047] O primeiro compressor 105 é, por exemplo, um compressor centrífugo ou alternativo. Este compressor 105 permite, por exemplo, elevar a pressão da mistura refrigerante a uma pressão preferencialmente compreendida entre 30 e 80 bar (3 e 8 MPa), e de cerca de 40 bar (4 MPa), por exemplo.[0047] The first compressor 105 is, for example, a centrifugal or reciprocating compressor. This compressor 105 allows, for example, to raise the pressure of the refrigerant mixture to a pressure preferably between 30 and 80 bar (3 and 8 MPa), and about 40 bar (4 MPa), for example.
[0048] Preferencialmente, este primeiro compressor 105 comprime a mistura refrigerante em duas etapas de compressão sucessivas. Em variantes, a mistura refrigerante comprimida é resfriada por um trocador de calor (não representado) antes de ser comprimida na segunda etapa de compressão. Este trocador de calor (não representado) é, por exemplo, um trocador tubular utilizando como fluido frio o ar ou a água. O trocador de calor realizado entre as duas etapas de compressão objetiva que a mistura refrigerante não ultrapasse a temperatura de 200°C.[0048] Preferably, this first compressor 105 compresses the refrigerant mixture in two successive compression stages. In variants, the compressed refrigerant mixture is cooled by a heat exchanger (not shown) before being compressed in the second compression step. This heat exchanger (not shown) is, for example, a tubular exchanger using air or water as a cold fluid. The heat exchanger carried out between the two compression stages aims at ensuring that the refrigerant mixture does not exceed a temperature of 200 ° C.
[0049] O primeiro trocador 110 de calor é, por exemplo, um trocador tubular utilizando como fluido frio o ar ou a água. Este primeiro trocador 110 de calor visa resfriar a mistura refrigerante comprimida a uma temperatura compreendida, preferencialmente, entre 10 e 25°C.[0049] The first heat exchanger 110 is, for example, a tubular exchanger using air or water as a cold fluid. This first heat exchanger 110 aims to cool the compressed refrigerant mixture to a temperature preferably comprised between 10 and 25 ° C.
[0050] O meio 115 de expansão é, por exemplo, uma válvula Joule-Thomson que realiza uma expansão isentálpica da mistura refrigerante. A mistura refrigerante resfriada é expandida a uma pressão compreendida entre 2 barg e 4 barg (0,2 a 0,4 MPa (manométrica)) de preferência, por exemplo, de 4 bar (0,4 MPa). Em variantes, o meio de expansão 115 é uma turbina de expansão. Uma tal turbina de expansão permite recuperar a energia de expansão para acionar os meios de compressão do dispositivo 100 e assim melhorar a eficácia energética do processo.[0050] The expansion medium 115 is, for example, a Joule-Thomson valve that performs an isentalpic expansion of the refrigerant mixture. The cooled refrigerant mixture is expanded to a pressure between 2 barg and 4 barg (0.2 to 0.4 MPa (gauge)) preferably, for example, 4 bar (0.4 MPa). In variants, the expansion medium 115 is an expansion turbine. Such an expansion turbine makes it possible to recover the expansion energy to drive the compression means of the device 100 and thus improve the energy efficiency of the process.
[0051] A mistura refrigerante assim expandida é fornecida ao primeiro corpo 130 de troca de calor para resfriar o gás que atravessa este primeiro corpo 130 de troca e dióxido de carbono que atravessa igualmente este primeiro corpo 130 de troca.[0051] The refrigerant mixture thus expanded is supplied to the first heat exchange body 130 to cool the gas that passes through this first exchange body 130 and carbon dioxide that also passes through this first exchange body 130.
[0052] O segundo compressor 120 é, por exemplo, um compressor de pistões seco, um compressor centrífugo ou um compressor alternativo. Este segundo compressor 120 permite elevar a pressão do dióxido de carbono. A pressão de saída do dióxido de carbono é fixada em função da pressão saturante do dióxido de carbono e das perdas de carga do circuito de dióxido de carbono a fim de permitir ao dióxido de carbono líquido evaporar a uma temperatura compreendida entre -35°C e -45°C. A temperatura de evaporação é escolhida em função da temperatura de aproximação do trocador de calor, dado comunicado pelo fabricante.[0052] The second compressor 120 is, for example, a dry piston compressor, a centrifugal compressor or an alternative compressor. This second compressor 120 allows to increase the pressure of the carbon dioxide. The outlet pressure of the carbon dioxide is fixed according to the saturating pressure of the carbon dioxide and the pressure losses of the carbon dioxide circuit in order to allow the liquid carbon dioxide to evaporate at a temperature between -35 ° C and -45 ° C. The evaporation temperature is chosen according to the approach temperature of the heat exchanger, given by the manufacturer.
[0053] Durante esta compressão, o dióxido de carbono sofre um reaquecimento elevado. Este fluxo de dióxido de carbono é dirigido para o segundo trocador 125 de calor para ali ser resfriado. Este segundo trocador 125 de calor é, por exemplo, um trocador tubular utilizando como fluido frio o ar ou a água. Na saída deste segundo trocador 125, o dióxido de carbono é resfriado a uma temperatura compreendida preferencialmente entre 7°C e 30°C, por exemplo 15°C.[0053] During this compression, the carbon dioxide undergoes a high reheat. This flow of carbon dioxide is directed to the second heat exchanger 125 to be cooled there. This second heat exchanger 125 is, for example, a tubular exchanger using air or water as a cold fluid. At the outlet of this second exchanger 125, the carbon dioxide is cooled to a temperature preferably between 7 ° C and 30 ° C, for example 15 ° C.
[0054] O dióxido de carbono que sai deste segundo trocador 125 é em seguida dirigido para o primeiro corpo 130 de troca.[0054] The carbon dioxide that leaves this second exchanger 125 is then directed to the first exchange body 130.
[0055] Este primeiro corpo 130 de troca apresenta duas extremidades: - uma, dita «quente», corresponde à parte do primeiro corpo 130 na proximidade da entrada de gás neste primeiro corpo 130 de troca e - a outra, dita «fria», corresponde à parte do primeiro corpo 130 na proximidade da saída de gás resfriado deste primeiro corpo 130 de troca.[0055] This first exchange body 130 has two ends: - one, called "hot", corresponds to the part of the first body 130 in the vicinity of the gas inlet in this first exchange body 130 and - the other, called "cold", corresponds to the part of the first body 130 in the vicinity of the cooled gas outlet of this first exchange body 130.
[0056] Preferencialmente, o dióxido de carbono resfriado que sai do segundo trocador 125 é injetado no primeiro corpo 130 de troca no nível da extremidade quente do primeiro corpo 130 de troca. O dióxido de carbono é liquefeito e sub- resfriado no curso da troca de calor, com o dióxido de carbono expandido e/ou a mistura refrigerante, realizado no primeiro corpo 130 de troca.[0056] Preferably, the cooled carbon dioxide exiting the second exchanger 125 is injected into the first exchange body 130 at the level of the hot end of the first exchange body 130. The carbon dioxide is liquefied and cooled in the course of the heat exchange, with the expanded carbon dioxide and / or the refrigerant mixture, carried out in the first exchange body 130.
[0057] Preferencialmente, a entrada para mistura refrigerante neste primeiro corpo 130 de troca é posicionada na extremidade fria e a saída para esta mistura refrigerante é posicionada na extremidade quente.[0057] Preferably, the inlet for coolant mixture in this first exchange body 130 is positioned at the cold end and the outlet for this coolant mixture is positioned at the hot end.
[0058] A mistura refrigerante que atravessa o primeiro corpo 130 de troca participa do resfriamento do gás e do dióxido de carbono resfriado pelo segundo trocador 125 de calor.[0058] The refrigerant mixture that passes through the first exchange body 130 participates in the cooling of the gas and carbon dioxide cooled by the second heat exchanger 125.
[0059] A mistura refrigerante vaporizada no curso da troca de calor realizada no primeiro corpo 130 de troca é fornecida ao primeiro compressor 105 de maneira a formar um ciclo.[0059] The refrigerant mixture vaporized in the course of the heat exchange carried out in the first exchange body 130 is supplied to the first compressor 105 in order to form a cycle.
[0060] O dióxido de carbono sub-resfriado e liquefeito é expandido no meio 135 de expansão do dióxido de carbono. O meio 135 de expansão é, por exemplo, uma válvula Joule-[0060] The subcooled and liquefied carbon dioxide is expanded in the carbon dioxide expansion medium 135. The expansion medium 135 is, for example, a Joule-
Thomson realizando uma expansão isentálpica do dióxido de carbono. O dióxido de carbono resfriado é expandido a uma pressão, por exemplo, de 8 bar (0,8 MPa). Em variantes, o meio de expansão 135 é uma turbina de expansão. Uma tal turbina de expansão permite recuperar a energia de expansão para acionar os meios de compressão do dispositivo 100 e assim melhorar a eficácia energética do processo.Thomson performing an isentalpic expansion of carbon dioxide. The cooled carbon dioxide is expanded to a pressure, for example, of 8 bar (0.8 MPa). In variants, the expansion medium 135 is an expansion turbine. Such an expansion turbine makes it possible to recover the expansion energy to drive the compression means of the device 100 and thus improve the energy efficiency of the process.
[0061] O dióxido de carbono expandido é em seguida fornecido ao primeiro corpo 130 de troca de maneira a participar do resfriamento do gás e do dióxido de carbono resfriado pelo segundo trocador 125 de calor.[0061] The expanded carbon dioxide is then supplied to the first exchange body 130 in order to participate in the cooling of the gas and the carbon dioxide cooled by the second heat exchanger 125.
[0062] O dióxido de carbono vaporizado no curso da troca de calor realizada no primeiro corpo 130 de troca é fornecido ao segundo compressor 120 de maneira a formar um ciclo. O primeiro corpo 130 de troca é de tipo PFHE (para «Plate-fin heat exchanger», traduzido por trocador de calor de placas) ou BAHX (para «Brazed aluminium heat exchanger», traduzido por trocador de calor de alumínio brasado) por exemplo.[0062] The carbon dioxide vaporized in the course of the heat exchange carried out in the first exchange body 130 is supplied to the second compressor 120 in order to form a cycle. The first exchange body 130 is of the type PFHE (for «Plate-fin heat exchanger», translated by plate heat exchanger) or BAHX (for «Brazed aluminum heat exchanger», translated by brazed aluminum heat exchanger) for example .
[0063] Assim, várias trocas de calor têm lugar dentro do primeiro corpo 130 de troca: - uma primeira troca entre o gás e a mistura refrigerante expandida para resfriar o gás, a mistura refrigerante vaporizada sendo fornecida ao primeiro compressor 105, - uma segunda troca entre a mistura refrigerante expandida e o dióxido de carbono resfriado para resfriar o dióxido de carbono, o dióxido de carbono resfriado sendo fornecido a um meio 135 de expansão do dióxido de carbono e - uma terceira troca entre o gás e o dióxido de carbono expandido para resfriar o gás, o dióxido de carbono vaporizado sendo fornecido ao segundo compressor 120.[0063] Thus, several heat exchanges take place within the first exchange body 130: - a first exchange between the gas and the expanded refrigerant mixture to cool the gas, the vaporized refrigerant mixture being supplied to the first compressor 105, - a second exchange between the expanded coolant mix and the cooled carbon dioxide to cool the carbon dioxide, the cooled carbon dioxide being supplied to a carbon dioxide expansion medium 135 - a third exchange between the gas and the expanded carbon dioxide to cool the gas, the vaporized carbon dioxide being supplied to the second compressor 120.
[0064] O primeiro corpo 130 de troca é configurado para que, na saída, o gás apresente uma temperatura compreendida entre -30°C e -40°C. Na entrada, o gás apresenta uma temperatura compreendida entre 0 e -10°C com preferencialmente uma temperatura compreendida entre -8°C e -10°C.[0064] The first exchange body 130 is configured so that, at the outlet, the gas has a temperature between -30 ° C and -40 ° C. At the inlet, the gas has a temperature between 0 and -10 ° C with preferably a temperature between -8 ° C and -10 ° C.
[0065] Em modos de realização preferenciais, tal como aquele representado na Figura 1, o dispositivo 100 comporta: - um terceiro compressor 140 de um composto refrigerante puro vaporizado, - um terceiro trocador 145 de calor de resfriamento do composto refrigerante comprimido, - um segundo corpo 150 de troca de calor entre: - o composto refrigerante expandido e o composto refrigerante resfriado para resfriar o composto refrigerante, o composto refrigerante resfriado sendo fornecido a um meio 155 de expansão do composto refrigerante, - o gás e o composto refrigerante expandido para resfriar o gás, o composto refrigerante vaporizado sendo fornecido ao terceiro compressor e o gás resfriado sendo fornecido ao primeiro corpo 130 de troca de calor e - o meio 155 de expansão do composto refrigerante resfriado no segundo corpo de troca, o composto refrigerante expandido sendo fornecido ao segundo corpo de troca.[0065] In preferred embodiments, such as that shown in Figure 1, the device 100 comprises: - a third compressor 140 of a vaporized pure refrigerant compound, - a third cooling heat exchanger 145 of the compressed refrigerant compound, - a second heat exchange body 150 between: - the expanded coolant compound and the cooled coolant compound to cool the coolant compound, the cooled coolant compound being supplied to a coolant expansion medium 155, - the gas and the cooled coolant compound for cooling the gas, the vaporized refrigerant being supplied to the third compressor and the cooling gas being supplied to the first heat exchange body 130 and - the cooling medium expansion medium 155 cooled in the second exchange body, the expanded refrigerant being supplied to the second exchange body.
[0066] O composto refrigerante puro é, por exemplo, amoníaco ou propano.[0066] The pure refrigerant compound is, for example, ammonia or propane.
[0067] O terceiro compressor 140 é, por exemplo, um compressor centrífugo ou alternativo. Este compressor 140 permite, por exemplo, elevar a pressão do composto refrigerante a uma pressão superior a 20 bar (2 MPa), por exemplo de cerca de 35 bar (3,5 MPa).[0067] The third compressor 140 is, for example, a centrifugal or reciprocating compressor. This compressor 140 makes it possible, for example, to increase the pressure of the refrigerant compound to a pressure greater than 20 bar (2 MPa), for example about 35 bar (3.5 MPa).
[0068] O terceiro trocador 145 de calor é, por exemplo, um trocador tubular utilizando como fluido frio o ar ou a água, ou água glicolada, por exemplo. Este terceiro trocador 145 de calor visa resfriar a mistura refrigerante comprimida a uma temperatura compreendida, por exemplo, entre 5 e 20°C, por exemplo 15°C.[0068] The third heat exchanger 145 is, for example, a tubular exchanger using air or water as a cold fluid, or glycolated water, for example. This third heat exchanger 145 aims to cool the compressed refrigerant mixture to a temperature comprised, for example, between 5 and 20 ° C, for example 15 ° C.
[0069] O composto refrigerante que sai deste terceiro trocador 145 é em seguida dirigido para o segundo corpo 150 de troca.[0069] The refrigerant compound that leaves this third exchanger 145 is then directed to the second exchange body 150.
[0070] Este primeiro corpo 150 de troca apresenta duas extremidades: - uma, dita «quente», corresponde à parte do segundo corpo 150 na proximidade da entrada de gás neste segundo corpo 150 de troca e - a outra, dita «fria», corresponde à parte do segundo corpo 150 na proximidade da saída de gás resfriado deste segundo corpo 150 de troca.[0070] This first exchange body 150 has two ends: - one, called "hot", corresponds to the part of the second body 150 in the vicinity of the gas inlet in this second exchange body 150 and - the other, called "cold", corresponds to the part of the second body 150 in the vicinity of the cooled gas outlet of this second exchange body 150.
[0071] Preferencialmente, o composto refrigerante resfriado que sai do terceiro trocador 145 é injetado no segundo corpo 150 de troca no nível da extremidade quente do segundo corpo 150 de troca. O composto refrigerante é liquefeito e sub-resfriado no curso da troca de calor, com o composto refrigerante expandido, realizado no segundo corpo 150 de troca.[0071] Preferably, the cooled refrigerant compound leaving the third exchanger 145 is injected into the second exchange body 150 at the level of the hot end of the second exchange body 150. The refrigerant compound is liquefied and sub-cooled in the course of the heat exchange, with the expanded refrigerant compound carried out in the second exchange body 150.
[0072] Preferencialmente, a entrada para composto refrigerante neste segundo corpo 150 de troca é posicionada na extremidade fria e a saída para este composto refrigerante é posicionada na extremidade quente.[0072] Preferably, the inlet for cooling compound in this second exchange body 150 is positioned at the cold end and the outlet for this cooling compound is positioned at the hot end.
[0073] A mistura refrigerante expandida que atravessa o segundo corpo 150 de troca participa do resfriamento do gás e do composto refrigerante resfriado pelo terceiro trocador 145 de calor.[0073] The expanded refrigerant mixture that passes through the second exchange body 150 participates in the cooling of the gas and the refrigerant compound cooled by the third heat exchanger 145.
[0074] O composto refrigerante vaporizado no curso da troca de calor realizada no segundo corpo 150 de troca é fornecido ao terceiro compressor 140 de maneira a formar um ciclo.[0074] The refrigerant compound vaporized in the course of the heat exchange carried out on the second exchange body 150 is supplied to the third compressor 140 in order to form a cycle.
[0075] O composto refrigerante sub-resfriado e liquefeito é expandido no meio 155 de expansão do composto refrigerante. O meio 155 de expansão é, por exemplo, uma válvula Joule- Thomson realizando uma expansão isentálpica do composto refrigerante. Em variantes, o meio de expansão 155 é uma turbina de expansão. Uma tal turbina de expansão permite recuperar a energia de expansão para acionar os meios de compressão do dispositivo 100 e assim melhorar a eficácia energética do processo. O composto refrigerante resfriado é expandido a uma pressão, preferencialmente compreendida entre 2,5 e 4 bar (0,25 e 0,4 MPa), e preferencialmente de cerca de 3,5 bar (0,35 MPa). É igualmente possível que o composto refrigerante seja expandido a uma pressão inferior a 2,5 bar (0,25 MPa), mais há então riscos de que a pressão de aspiração do compressor 140 não seja mais suficiente.[0075] The subcooled and liquefied refrigerant compound is expanded in the refrigerant compound expansion medium 155. The expansion medium 155 is, for example, a Joule-Thomson valve performing an isentalpic expansion of the refrigerant compound. In variants, the expansion medium 155 is an expansion turbine. Such an expansion turbine makes it possible to recover the expansion energy to drive the compression means of the device 100 and thus improve the energy efficiency of the process. The cooled refrigerant compound is expanded to a pressure, preferably between 2.5 and 4 bar (0.25 and 0.4 MPa), and preferably about 3.5 bar (0.35 MPa). It is also possible that the refrigerant compound is expanded to a pressure of less than 2.5 bar (0.25 MPa), but then there are risks that the suction pressure of compressor 140 is no longer sufficient.
[0076] O composto expandido é, em seguida, fornecido ao segundo corpo 150 de troca de maneira a participar do resfriamento do gás e do composto resfriado pelo terceiro trocador 145 de calor. O segundo corpo 150 de troca é de tipo PFHE ou BAHX, por exemplo.[0076] The expanded compound is then supplied to the second exchange body 150 in order to participate in the cooling of the gas and the compound cooled by the third heat exchanger 145. The second exchange body 150 is of the PFHE or BAHX type, for example.
[0077] O segundo corpo 150 de troca é configurado para que, na saída, o gás apresente uma temperatura inferior compreendida entre 0°C e -10°C por exemplo.[0077] The second exchange body 150 is configured so that, at the outlet, the gas has a lower temperature between 0 ° C and -10 ° C for example.
[0078] Em modos de realização preferenciais, tais como aquele representado na Figura 1, o dispositivo 100 comporta, a jusante do primeiro corpo de troca sobre o caminho percorrido pelo gás, um terceiro 160 corpo de troca de calor entre o gás e a mistura refrigerante expandida para resfriar o gás, a mistura refrigerante em saída sendo fornecida ao primeiro corpo 130 de troca. O terceiro corpo 160 de troca é do tipo PFHE ou BAHX por exemplo.[0078] In preferred embodiments, such as that shown in Figure 1, the device 100 comprises, downstream of the first exchange body on the path taken by the gas, a third 160 heat exchange body between the gas and the mixture expanded refrigerant to cool the gas, the outgoing refrigerant mixture being supplied to the first exchange body 130. The third exchange body 160 is of the type PFHE or BAHX for example.
[0079] O terceiro corpo 160 de troca é configurado para que na saída, o gás apresente uma temperatura inferior a - 155°C preferencialmente.[0079] The third exchange body 160 is configured so that at the outlet, the gas preferably has a temperature below - 155 ° C.
[0080] Em modos de realização preferenciais, tal como aquele representado na Figura 1, o dispositivo 100 comporta um meio 165 de coleta de gás de evaporação em um reservatório 170 de gás liquefeito, o gás de evaporação coleta sendo utilizado na mistura refrigerante.[0080] In preferred embodiments, such as that shown in Figure 1, device 100 comprises an evaporation gas collection medium 165 in a liquefied gas reservoir 170, the evaporation gas collects being used in the refrigerant mixture.
[0081] O meio 165 de coleta é, por exemplo, uma aspiração de gás de evaporação situada em uma parte superior do reservatório 170. Por exemplo, um compressor alternativo é utilizado para transferir o BOG do armazenamento para o lugar de injeção. A mistura refrigerante utilizada no presente dispositivo é então configurada para apresentar preferencialmente uma composição próxima de uma composição típica de um BOG de gás natural liquefeito. A regulagem da temperatura do GNL produzido é preferencialmente regulada agindo sobre a vazão de mistura refrigerante em um primeiro tempo, e em um segundo tempo sobre a vazão de gás natural a liquefazer. Da mesma maneira, no estágio de pré- resfriamento, a vazão de composto refrigerante puro pode ser regulada de maneira a resfriar a uma temperatura determinada o gás que entra no dito estágio de pré-resfriamento.[0081] The collection medium 165 is, for example, an evaporation gas aspiration located in an upper part of the reservoir 170. For example, an alternative compressor is used to transfer the BOG from the storage to the injection site. The refrigerant mixture used in the present device is then configured to preferably present a composition close to a typical composition of a liquefied natural gas BOG. The temperature regulation of the produced LNG is preferably regulated by acting on the flow of refrigerant mixture in a first step, and in a second time on the flow of natural gas to be liquefied. Likewise, in the pre-cooling stage, the flow of pure refrigerant can be regulated in such a way as to cool the gas entering the said pre-cooling stage to a certain temperature.
[0082] Em modos de realização, tal como aquele representado na Figura 1, pelo menos um fluido quente e pelo menos um fluido frio em um corpo, 130, 150 e/ou 160, de troca circulam em contracorrente um com o outro.[0082] In embodiments, such as that represented in Figure 1, at least one hot fluid and at least one cold fluid in a body, 130, 150 and / or 160, of exchange circulate in countercurrent with each other.
[0083] Observa-se, na Figura 2, esquematicamente, uma embarcação comportando um dispositivo 100 conforme Figura 1.[0083] It is observed, in Figure 2, schematically, a vessel comprising a device 100 according to Figure 1.
[0084] Observa-se, na Figura 3, esquematicamente, um diagrama lógico de etapas particulares do processo 300 objeto da presente invenção. Este processo 300 de liquefação de um gás natural ou de um biogás, comporta: - uma primeira etapa 305 de compressão de uma mistura refrigerante vaporizada, - uma primeira etapa 310 de troca de calor de resfriamento da mistura refrigerante comprimida, - uma etapa 315 de expansão da mistura refrigerante resfriada, - uma segunda etapa 320 de compressão de dióxido de carbono vaporizado, - uma segunda etapa 325 de troca de calor de resfriamento do dióxido de carbono comprimido, - uma primeira etapa 330 de troca de calor entre: - o gás e a mistura refrigerante expandida 330a para resfriar o gás, a mistura refrigerante vaporizada sendo fornecida à primeira etapa de compressão, - a mistura refrigerante expandida e o dióxido de carbono resfriado 330b para resfriar o dióxido de carbono, o dióxido de carbono resfriado sendo fornecido a uma etapa de expansão do dióxido de carbono, - o gás e o dióxido de carbono expandido 330c para resfriar o gás, o dióxido de carbono vaporizado sendo fornecido à segunda etapa de compressão e - a etapa 335 de expansão do dióxido de carbono resfriado na primeira etapa de troca de calor, o dióxido de carbono expandido sendo fornecido à primeira etapa de troca de calor.[0084] It is observed, in Figure 3, schematically, a logical diagram of particular steps of the process 300 object of the present invention. This process 300 for liquefying a natural gas or biogas comprises: - a first step 305 of compressing a vaporized refrigerant mixture, - a first step 310 of cooling heat exchange of the compressed refrigerant mixture, - a step 315 of expansion of the cooled refrigerant mixture, - a second stage 320 of compression of vaporized carbon dioxide, - a second stage 325 of heat exchange for cooling compressed carbon dioxide, - a first stage 330 of heat exchange between: - the gas and the expanded refrigerant mixture 330a to cool the gas, the vaporized refrigerant mixture being supplied to the first stage of compression, - the expanded refrigerant mixture and the cooled carbon dioxide 330b to cool the carbon dioxide, the cooled carbon dioxide being supplied to a carbon dioxide expansion step, - gas and expanded carbon dioxide 330c to cool the gas, vaporized carbon dioxide being supplied to the company the second compression stage and - the 335 stage of expansion of the cooled carbon dioxide in the first heat exchange stage, the expanded carbon dioxide being supplied to the first heat exchange stage.
[0085] Em modos de realização, tal como aquele representado na Figura 3, o processo 300 comporta: - uma terceira etapa 340 de compressão de um composto refrigerante puro vaporizado, - uma terceira etapa 345 de troca de calor de resfriamento do composto refrigerante comprimido, - uma segunda etapa 350 de troca de calor entre: - o composto refrigerante expandido e o composto refrigerante 350a, resfriado para resfriar o composto refrigerante, o composto refrigerante resfriado no curso desta etapa sendo fornecido a uma etapa de expansão do composto refrigerante, - o gás e o composto refrigerante expandido 350b para resfriar o gás, composto refrigerante sendo fornecido à terceira etapa de compressão e o gás resfriado sendo fornecido à primeira etapa de troca de calor e - a etapa 355 de expansão do composto refrigerante resfriado na segunda etapa de troca de calor, o composto refrigerante expandido sendo fornecido à segunda etapa de troca de calor.[0085] In embodiments, such as that shown in Figure 3, the process 300 comprises: - a third stage 340 of compression of a vaporized pure refrigerant compound, - a third stage 345 of cooling heat exchange of the compressed refrigerant compound , - a second heat exchange step 350 between: - the expanded refrigerant compound and the refrigerant compound 350a, cooled to cool the refrigerant compound, the refrigerant compound cooled in the course of this step being supplied to an expansion phase of the refrigerant compound, - the gas and the expanded refrigerant compound 350b to cool the gas, refrigerant compound being supplied to the third stage of compression and the cooled gas being supplied to the first stage of heat exchange and - the stage 355 of expansion of the refrigerant compound cooled in the second stage of heat exchange, the expanded refrigerant compound being supplied to the second heat exchange step.
[0086] Em modos de realização, tal como aquele representado na Figura 3, o processo 300 comporta, a jusante da primeira etapa 330 de troca de calor sobre o caminho percorrido pelo gás, uma terceira etapa 360 de troca de calor entre o gás e a mistura refrigerante expandida para resfriar o gás, o gás resfriado na saída sendo fornecido à primeira etapa de troca de calor.[0086] In embodiments, such as that shown in Figure 3, the process 300 comprises, downstream of the first stage 330 of heat exchange on the path taken by the gas, a third stage 360 of heat exchange between the gas and the expanded refrigerant mixture to cool the gas, the cooled gas at the outlet being supplied to the first heat exchange step.
[0087] O processo 300 é implementado, por exemplo, pelo dispositivo 100 conforme Figura 1.[0087] Process 300 is implemented, for example, by device 100 as shown in Figure 1.
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| B11A | Dismissal acc. art.33 of ipl - examination not requested within 36 months of filing | ||
| B350 | Update of information on the portal [chapter 15.35 patent gazette] | ||
| B11Y | Definitive dismissal - extension of time limit for request of examination expired [chapter 11.1.1 patent gazette] |