ES2331161T3 - Metodo y aparato para producir productos a partir de gas natural. - Google Patents
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Abstract
Un procedimiento para producir unos productos a partir de gas natural, que comprende: enfriar una alimentación de gas natural presurizado que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en volumen, y metano, para producir a partir de al menos una parte del gas natural un primer fluido licuado que comprende helio y metano; reducir la presión de al menos una parte del primer fluido para producir un primer fluido de presión reducida, y separar el primer fluido de presión reducida para proporcionar un primer vapor que comprende helio y metano, y un primer líquido que comprende metano, con una relación molar del primer vapor al primer líquido de 0,0001 a 0,04; obtener al menos una parte de un helio crudo a partir de al menos una parte del primer vapor; reducir la presión de al menos una parte del primer líquido para producir un fluido de presión reducida, y separar dicho fluido de presión reducida para proporcionar un vapor que contiene metano y un líquido que contiene metano; hacer reaccionar al menos una parte del metano del vapor que contiene metano para producir al menos una parte de un gas de síntesis; y obtener al menos una parte de un producto de gas natural licuado a partir de al menos una parte del líquido que contiene metano.
Description
Método y aparato para producir productos a
partir de gas natural.
La invención se refiere a un procedimiento para
producir de manera rentable unos productos comerciales a partir de
gas natural. Más particularmente, esta invención se refiere a un
procedimiento combinado para producir un producto de gas natural
licuado (GNL), un helio crudo y un gas de síntesis.
Generalmente, gas natural se refiere a
hidrocarburos enrarecidos o gaseosos que se encuentran en la tierra.
Los gases naturales no combustibles que se producen en la tierra,
tales como el dióxido de carbono, el helio y el nitrógeno,
generalmente se refieren mediante sus propios nombres químicos. Sin
embargo, a menudo los gases no combustibles se encuentran en
combinación con gases combustibles, y generalmente la mezcla se
refiere como "gas natural" sin ninguna pretensión de
distinguir entre gases combustibles y no combustibles.
A menudo, el gas natural es abundante en
regiones donde no es económico desarrollar esas reservas debido a
la falta de un mercado local para el gas o al alto coste del
tratamiento y del transporte del gas a mercados distantes.
Es una práctica común licuar criogénicamente el
gas natural a fin de producir gas natural licuado (GNL) para
almacenamiento y transporte. Una razón fundamental para la licuación
del gas natural es que la licuación da lugar a una reducción del
volumen de aproximadamente 1/600, haciendo posible de ese modo
almacenar y transportar el gas licuado en recipientes a baja
presión o incluso a presión atmosférica. La licuación del gas
natural es aún de mayor importancia cuando se trata de posibilitar
el transporte del gas desde una fuente de suministro a un mercado
determinado, cuando la fuente y el mercado están separados por
grandes distancias y la red de transporte por tubería no es
práctica ni económicamente viable.
Con el fin de almacenar y transportar el gas
natural en estado líquido, el gas natural se enfría preferiblemente
de -151ºC (-240ºF) a -162ºC (-260ºF), temperaturas en las que el gas
natural puede existir como líquido a una presión de vapor próxima a
la presión atmosférica. En la técnica anterior existen varios
sistemas para licuar el gas natural, o similar, en los que el gas
se licua haciendo pasar el gas a una presión elevada secuencialmente
a través de una pluralidad de etapas de enfriamiento, enfriando el
gas a temperaturas sucesivamente más bajas hasta que se consigue la
licuación. Generalmente, el enfriamiento se realiza mediante
intercambio de calor con uno o más refrigerantes, tales como el
propano, propileno, etano, etileno, nitrógeno y metano, o sus
mezclas. Normalmente, los refrigerantes se disponen a manera de
cascada con el fin de disminuir el punto de ebullición del
refrigerante.
Adicionalmente, el gas natural presurizado y
frío se puede expandir hasta la presión atmosférica haciendo pasar
el gas natural a través de una o más etapas de expansión. Durante el
curso de esta expansión hasta la presión atmosférica, el gas se
enfría más, hasta una temperatura adecuada para el almacenamiento o
el transporte, mediante vaporización súbita de al menos una parte
del gas natural ya licuado. Generalmente, los vapores generados por
vaporización súbita en las etapas de expansión se recogen y reciclan
para licuación o se queman para generar energía para la instalación
de fabricación de GNL.
Los proyectos de GNL no siempre han sido
económicos ya que los sistemas de refrigeración criogénica consumen
mucha energía y requieren una sustancial inversión de capital.
Además, la participación en el negocio del GNL requiere aún más
inversiones en recipientes de transporte marítimo sofisticados y
costosos, y en sistemas de regasificación para que el consumidor de
GNL pueda tratar el producto.
Una alternativa a la licuación criogénica del
gas natural a GNL es la conversión química del gas natural en
productos, por ejemplo en productos Gas a Líquidos (GAL), por medio
de la producción de gas de síntesis ("syngas"). El gas de
síntesis se define aquí como un gas que comprende hidrógeno y
dióxido de carbono. Un generador de gas de síntesis se define aquí
como cualquier dispositivo que produce gas de síntesis como producto
intermedio o final.
Los tradicionales productos GAL incluyen, pero
no se limitan a ellos, el metanol, el ácido acético, las olefinas,
el dimetil-éter, el dimetoximetano, el polidimetoximetano, la urea,
el amoniaco, los fertilizantes, los productos de la reacción
Fischer Tropsch, y el hidrógeno. Los productos de la reacción
Fischer Tropsch producen principalmente productos parafínicos con
una cadena de átomos de carbono de longitud variable, útiles para
producir alcanos de bajo punto de ebullición, nafta, destilados
útiles como combustibles de aviación a reacción y diesel y aceite
pesado para hornos, y aceites lubricantes y materiales de base para
ceras.
Los métodos comerciales más comunes para
producir gas de síntesis son el reformado con vapor de agua de
metano, el reformado autotérmico, el reformado con gas caliente, la
oxidación parcial, y sus combinaciones. Las tecnologías emergentes
incluyen los procedimientos de oxidación parcial catalítica y de
transporte iónico en membranas (MTI).
Generalmente, en el reformado con vapor de agua
de metano se hacen reaccionar el vapor de agua y el gas natural, a
temperaturas altas y presiones moderadas, sobre un catalizador que
contiene níquel reducido para producir un gas de síntesis.
Generalmente, en el reformado autotérmico se
tratan vapor de agua, gas natural y oxígeno por medio de un quemador
especial en donde sólo se quema una parte del metano del gas
natural. La combustión parcial del gas natural proporciona el calor
necesario para realizar las reacciones de reformado que tienen lugar
sobre un lecho catalítico situado en la proximidad del
quemador.
El reformado con gas caliente consiste en dos
reactores o zonas de reacción, un reactor/zona del reformador con
gas caliente y un reactor/zona del reformador autotérmico. En una
configuración, el vapor de agua y el gas natural se alimentan al
reformador con gas caliente, donde una parte del gas natural
reacciona sobre el catalizador para formar un gas de síntesis.
Luego, esta mezcla de gas natural que no ha reaccionado y gas de
síntesis se alimenta a un reformador autotérmico, junto con oxígeno,
donde el gas natural restante se convierte en gas de síntesis.
Luego, la corriente de gas de síntesis caliente que sale del
reformador autotérmico se reenvía al reformador de gas para
proporcionar el calor de reacción necesario para el reformador con
gas caliente.
Generalmente, en el reformado por oxidación
parcial se tratan gas natural, oxígeno, y opcionalmente vapor de
agua, por medio de un quemador especial donde se quema a altas
temperaturas una parte sustancial del metano para producir un gas
de síntesis. A diferencia del reformado autotérmico, en el reactor
de oxidación parcial no está presente un catalizador.
La tecnología actual para fabricar gas de
síntesis requiere un capital sumamente elevado. Generalmente, los
métodos autotérmicos y de oxidación parcial para preparar gas de
síntesis requieren una costosa planta de separación de aire para
producir oxígeno. El reformado con vapor de agua, que no requiere la
fabricación de oxigeno, produce un gas de síntesis que tiene una
relación más alta de hidrógeno a monóxido de carbono, que es menor
que la óptima estequiométrica para fabricar productos Fischer
Tropsch. Adicionalmente, el mercado de los productos GAL, tales
como el dimetil-éter y los productos Fischer Tropsch, ha sido
errático o, en algunos casos, insuficientemente consolidado para
superar el riesgo sustancial de la inversión de capital inherente a
la construcción de tales plantas.
Los propietarios de reservas de gas natural han
encontrado que se puede mejorar la economía de construcción de las
plantas aumentando sustancialmente la capacidad de las plantas de
GNL o GAL. Muchos de los costes inherentes a la construcción de
tales plantas son fijos o, al menos, no aumentan linealmente con la
capacidad. Sin embargo, se ha encontrado que cuanto más se produce
de un producto único en una región geográfica definida, y a menudo
aislada, más se reduce el margen del precio del producto sobre el
coste.
Está aumentado la demanda de helio para varias
aplicaciones, por ejemplo como gas para atmósferas inertes durante
la soldadura y en la industria química, como fluido refrigerante
para imanes MRI, como gas de enfriamiento rápido en el tratamiento
de metales, como gas inerte en la tecnología espacial, como gas para
la respiración durante el buceo, como gas vehículo en
cromatografía, para la detección de fugas, como gas para el llenado
de globos y también para otros propósitos. Para estos propósitos, se
puede requerir helio de alta pureza. Con el fin de conseguir helio
de alta pureza a partir de mezclas de gases que sólo contienen unos
bajos niveles de helio, se pueden requerir varias etapas de
tratamiento. Se puede tratar la mezcla de gases para formar una
mezcla de helio crudo gaseoso, que posteriormente se purifica para
formar una corriente de helio de alta pureza a partir de esta
mezcla de helio crudo gaseoso.
Principalmente, el helio se enriquece y se
recupera a partir de gases naturales que contienen helio. Los
principales componentes de estos gases naturales son el nitrógeno y
el metano, así como hasta 10% en volumen de helio, además de
proporciones menores de diversos hidrocarburos de elevado peso
molecular y dióxido de carbono.
Típicamente, el helio aparece en algunos campos
de gas natural en muy bajas concentraciones. Las corrientes de gas
natural a partir de las que el helio se puede recuperar
económicamente, típicamente, contienen al menos 0,1 a 0,5% en
volumen de helio. Este helio se puede mejorar para producir un helio
crudo que típicamente contiene al menos 20% en volumen de helio. El
helio crudo se define aquí como un fluido que contiene más de 20% en
volumen de helio.
Se conocen métodos para el enriquecimiento del
helio.
El gas natural que contiene helio se enfría
hasta aproximadamente -150ºC en una planta criogénica, en la que se
retiran principalmente los hidrocarburos mediante condensación. La
mezcla de gases así producida, excepto para bajas proporciones de
otros gases, puede contener más de 50% en volumen de helio y
nitrógeno. Tal helio crudo se puede tratar in situ para
proporcionar un helio de una pureza muy alta, sometiéndolo por
ejemplo a alguna combinación de procedimientos que comprendan una
planta de adsorción por oscilación de presión y una segunda unidad
de criogenización.
Otra alternativa es vender el helio crudo como
producto intermedio a tratar por un tercero.
La patente
US-A-4758258 describe un
procedimiento para recuperar helio a partir de una corriente de gas
natural, condensando parcialmente la corriente y separándola para
proporcionar un primer vapor y un primer líquido. El vapor contiene
helio con un 25 a 99% en volumen del contenido de metano del gas
natural, y un 1 a 60% en volumen del etano y el contenido de
hidrocarburos superiores del gas natural. El primer líquido se
expande, se enfría y se separa para proporcionar un vapor que
contiene metano y un líquido que contiene metano. El vapor que
contiene metano proporciona una carga de intercambio de calor para
enfriar la alimentación de gas natural. El vapor de la primera
separación se separa aún más para proporcionar un vapor y un
líquido, y dicho vapor se separa aún más para proporcionar una
corriente de helio producto que contiene al menos 50% en volumen de
helio, siendo el resto sustancialmente nitrógeno, y una corriente de
líquido que opcionalmente se separa aún más.
\global\parskip0.900000\baselineskip
La patente
US-A-2003/136146/US-B-6743821
describe un procedimiento integrado de GNL y GAL en el que la
alimentación de gas natural se somete, al menos, a dos ciclos de
expansión y separación en los que se separa la fase líquida de un
ciclo precedente; el GNL producto es la fase líquida de la etapa de
separación final; y al menos una de las fases vapor separadas se
convierte en un GNL líquido. Se hace referencia al pretratamiento de
la alimentación de gas natural para retirar el helio, entre
otros.
La presente invención es útil para recuperar el
helio de las reservas de gas natural. Es deseable combinar
eficazmente la producción de helio crudo, GNL y gas de síntesis. Es
deseable recuperar el helio de las reservas de gas natural cuando
la concentración de helio es menor que 0,1% en volumen. Hasta el
momento, se consideró no viable la recuperación de helio de las
reservas de gas natural con una baja concentración de helio.
La actual invención satisface la necesidad
creciente de helio para procesos Industriales y la necesidad
creciente de energía de combustibles fósiles, especialmente de
combustibles de quemado limpio.
La presente invención se refiere a un
procedimiento y un aparato para producir unos productos a partir de
gas natural que incluyen el helio, el gas natural licuado y el gas
de síntesis.
Según el procedimiento de la invención, se
enfría un gas natural presurizado que comprende helio, en una
cantidad menor que 0,5% en volumen, y metano, para producir un gas
natural licuado frío. Se reduce la presión de al menos una parte
del helio y el metano del gas natural frío, y se separa en un vapor
que comprende helio, a partir del que se obtiene helio crudo, y un
líquido que comprende metano con una relación molar del vapor al
líquido de 0,0001 a 0,04. Al menos una parte del metano de este
líquido se separa en un vapor que comprende metano, a partir del
que se proporciona metano para la reacción de producción de gas de
síntesis, y un líquido, a partir del que se obtiene gas natural
licuado. Se pueden incluir etapas adicionales de intercambio de
calor y de separación.
El aparato de la invención incluye un primer
intercambiador de calor para licuar, al menos parcialmente, el gas
natural presurizado. El intercambiador de calor tiene una salida
conectada fluidamente con una entrada de un primer reductor de
presión, que tiene una salida a la que se conecta fluidamente un
primer dispositivo de separación. El primer dispositivo de
separación tiene una salida de líquido conectada fluidamente con una
entrada de un segundo reductor de presión, que tiene una salida a
la que se conecta fluidamente un segundo dispositivo de separación.
El primer dispositivo de separación también tiene una salida de
vapor conectada fluidamente con una entrada de un segundo
intercambiador de calor, para formar un primer fluido multifase. El
segundo dispositivo de separación tiene una salida de líquido
conectada fluidamente con una entrada de un recipiente de
almacenamiento de gas natural licuado, y una salida de vapor. El
segundo intercambiador de calor tiene una salida conectada
fluidamente con una entrada de un tercer dispositivo de separación.
El tercer dispositivo de separación tiene una salida de vapor para
descargar el helio crudo y una salida de líquido. Al menos una, de
la salida de líquido del tercer dispositivo de separación y la
salida de vapor del segundo dispositivo de separación, se conecta
fluidamente con un generador de gas de síntesis. Opcionalmente, la
salida de vapor para descargar helio crudo se conecta a una entrada
de un dispositivo de purificación de helio.
En los dibujos:
La Figura 1 es un diagrama esquemático de una
realización de la presente invención para producir unos productos a
partir de gas natural;
La Figura 2 es un diagrama esquemático de otra
realización de la presente invención para producir unos productos a
partir de gas natural;
La Figura 3 es un diagrama esquemático de otra
realización de la presente invención para producir unos productos a
partir de gas natural;
La Figura 4 es un diagrama esquemático de otra
realización de la presente invención para producir unos productos a
partir de gas natural;
La Figura 5 es un diagrama esquemático de otra
realización de la presente invención para producir unos productos a
partir de gas natural; y
La Figura 6 es un diagrama esquemático de un
procedimiento y un aparato para producir unos productos a partir de
gas natural;
En un primer aspecto, la presente invención
proporciona un procedimiento para producir unos productos a partir
de gas natural, que comprende:
enfriar una alimentación de gas natural
presurizado que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en
volumen, y metano, para producir un primer fluido licuado que
comprende helio y metano a partir de al menos una parte del gas
natural;
reducir la presión de al menos una parte del
primer fluido para producir un primer fluido de presión reducida, y
separar el primer fluido de presión reducida para proporcionar un
primer vapor que comprende helio y metano, y un primer líquido que
comprende metano, con una relación molar del primer vapor al primer
líquido de 0,0001 a 0,04;
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obtener al menos una parte de un helio crudo a
partir de al menos una parte del primer vapor;
reducir la presión de al menos una parte del
primer líquido para producir un fluido de presión reducida, y
separar dicho fluido de presión reducida para proporcionar un vapor
que contiene metano y un líquido que contiene metano;
hacer reaccionar al menos una parte del metano
del vapor que contiene metano para producir al menos una parte de
un gas de síntesis; y
obtener al menos una parte de un producto de gas
natural licuado a partir de al menos una parte del líquido que
contiene metano.
En una primera realización del procedimiento de
la invención, el procedimiento comprende:
enfriar un gas natural presurizado que comprende
helio, en una cantidad menor que 0,5% en volumen, y metano, para
producir el primer fluido;
reducir la presión de al menos una parte del
primer fluido para producir un primer fluido de presión reducida, y
separar el primer fluido de presión reducida en el primer vapor que
comprende helio y metano, y el primer líquido que comprende metano,
con una relación molar del primer vapor al primer líquido de 0,0001
a 0,04;
obtener al menos una parte del helio crudo a
partir de al menos una parte del primer vapor;
reducir la presión de al menos una parte del
primer líquido para producir un fluido de presión reducida, y
separar dicho fluido de presión reducida en un segundo vapor que
comprende metano y un segundo líquido que comprende metano;
hacer reaccionar al menos una parte del metano
del segundo vapor para producir al menos una parte del gas de
síntesis; y
obtener al menos una parte del producto de gas
natural licuado a partir de al menos una parte del segundo
líquido.
Convenientemente, la presión del segundo líquido
es menor que 0,15 MPa (22 psia).
Convenientemente, la primera realización
comprende además:
reducir la presión de al menos una parte del
segundo líquido para proporcionar un segundo fluido de presión
reducida, y separar el segundo fluido de presión reducida en un
tercer vapor que comprende metano y un tercer líquido que comprende
metano; y
obtener al menos una parte del producto de gas
natural licuado a partir de al menos una parte del tercer
líquido.
En una segunda realización de la invención, el
procedimiento comprende:
enfriar una alimentación de gas natural
presurizado que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en
volumen, y metano, para producir a partir de al menos una parte del
gas natural el primer fluido licuado que comprende helio y
metano;
reducir la presión de al menos una parte del
helio y el metano del primer fluido para producir un primer fluido
de presión reducida, y separar el primer fluido de presión reducida
en el primer vapor que comprende helio y metano, y el primer
líquido que comprende metano, con una relación molar del primer
vapor al primer líquido de 0,0001 a 0,04;
obtener al menos una parte del helio crudo a
partir de al menos una parte del primer vapor;
reducir la presión de al menos una parte del
metano del primer líquido para producir un fluido de presión
reducida, y separar dicho fluido de presión reducida en un segundo
vapor que comprende metano y un segundo líquido que comprende
metano;
reducir la presión de al menos una parte del
metano del segundo líquido para producir un fluido de presión
reducida, y separar dicho fluido de presión reducida en un tercer
vapor que comprende metano y un tercer líquido que comprende
metano;
obtener al menos una parte de un producto de gas
natural licuado a partir de al menos una parte del tercer líquido;
y
hacer reaccionar al menos una parte del metano
de al menos uno del segundo vapor y el tercer vapor, para producir
un gas de síntesis.
Convenientemente, la presión del tercer líquido
es menor que 0,15 MPa (22 psia).
Se puede hacer reaccionar al menos una parte del
metano del tercer vapor para producir al menos una parte del gas de
síntesis.
Se puede obtener gas combustible a partir de al
menos una parte de al menos uno del segundo vapor y, si está
presente, el tercer vapor.
Se puede condensar al menos una parte del primer
vapor, formando de ese modo un primer fluido multifase que
comprende helio y metano;
separar al menos una parte del primer fluido
multifase en un cuarto vapor que comprende al menos 40% en volumen
de helio y un cuarto líquido que comprende metano; y
obtener al menos una parte del helio crudo a
partir de una parte del cuarto vapor.
Se puede hacer reaccionar al menos una parte del
metano del cuarto líquido para producir al menos una parte del gas
de síntesis, y/o la etapa de condensación puede comprender hacer
pasar al menos una parte del cuarto vapor en comunicación para
intercambio de calor con al menos una parte del primer vapor. Se
puede expandir al menos una parte del cuarto líquido, formando de
ese modo un fluido de presión más baja, y la etapa de condensación
comprende hacer pasar al menos una parte del fluido de presión más
baja en comunicación para intercambio de calor con al menos una
parte del primer vapor.
Convenientemente, la relación molar del primer
vapor al primer líquido es 0,001 a 0,03, la temperatura del primer
fluido es mayor que -140ºC y/o la temperatura del primer fluido es
mayor que -135ºC.
En un segundo aspecto, la invención comprende un
aparato para producir unos productos a partir de gas natural
mediante un procedimiento de la invención, que comprende:
un primer intercambiador de calor para licuar al
menos parcialmente un gas natural presurizado que comprende helio,
en una cantidad menor que 0,5% en volumen, y metano, teniendo dicho
primer intercambiador de calor una entrada y una salida;
un primer reductor de presión que tiene una
entrada en comunicación fluida con la salida del primer
intercambiador de calor, y una salida;
un primer dispositivo de separación que tiene
una entrada en comunicación fluida con la salida del primer
reductor de presión, una salida de vapor para descargar un primer
vapor que comprende helio y una salida de líquido para descargar un
primer líquido que comprende metano;
un segundo reductor de presión que tiene una
entrada en comunicación fluida con la salida de líquido del primer
dispositivo de separación, y una salida;
un segundo dispositivo de separación que tiene
una entrada en comunicación fluida con la salida de líquido del
segundo reductor de presión, una salida de vapor para descargar un
segundo vapor que comprende metano, y una salida de líquido para
descargar un segundo líquido que comprende metano;
un recipiente de almacenamiento de gas natural
licuado que tiene una primera entrada en comunicación fluida con la
salida de líquido del segundo dispositivo de separación;
un segundo intercambiador de calor para formar
un primer fluido multifase que tiene una entrada en comunicación
fluida con la salida de vapor del primer dispositivo de separación,
y una salida;
un tercer dispositivo de separación que tiene
una entrada en comunicación fluida con la salida del segundo
intercambiador de calor, una salida de vapor para descargar un vapor
de helio crudo, y una salida de líquido para descargar un tercer
líquido; y
un generador de gas de síntesis que tiene una
entrada en comunicación fluida con el metano de al menos la salida
de vapor del segundo dispositivo.
Convenientemente, el aparato comprende
además:
un tercer reductor de presión que tiene una
entrada en comunicación fluida con la salida de líquido del segundo
dispositivo de separación, y una salida; y
un cuarto dispositivo de separación que tiene
una entrada en comunicación fluida con la salida del tercer
reductor de presión, una salida de vapor para descargar un tercer
vapor, y una salida de líquido para descargar un cuarto líquido,
estando dicha salida de líquido para descargar el cuarto líquido en
comunicación fluida con la primera entrada o con una segunda
entrada de dicho recipiente de almacenamiento de gas natural
licuado.
Convenientemente, dicha salida de vapor para
descargar el tercer vapor está en comunicación fluida con la
entrada de dicho generador de gas de síntesis.
Convenientemente, el aparato de la invención
comprende además un dispositivo de purificación de helio que tiene
una entrada en comunicación fluida con la salida de vapor para
descargar el vapor de helio crudo.
La presente invención se dirige a un
procedimiento y un aparato para producir a partir de gas natural un
producto de gas natural licuado, helio crudo y gas de síntesis. El
gas natural aquí contemplado comprende helio y al menos 50 por
ciento en moles de metano, y para los mejores resultados puede
comprender al menos 75 por ciento en moles de metano, o puede
comprender al menos 90 por ciento en moles de metano. La
concentración de helio es menor que 0,5% en volumen, o puede ser
menor que 0,1%, o puede ser menor que 0,05%. El resto del gas
natural puede comprender otros hidrocarburos combustibles, tales
como, pero sin limitarse a ellos, el etano, propano, butano,
pentano e hidrocarburos más pesados, y componentes no combustibles,
tales como el dióxido de carbono, el sulfuro de hidrógeno, el agua
y el nitrógeno.
El gas natural se puede pretratar en una planta
de gas natural para la retirada del agua, el dióxido de carbono, el
mercurio y/o el sulfuro de hidrógeno. Los gases naturales líquidos
(NGL) también se pueden separar y retirar como productos separados.
Generalmente, los NGL incluyen los alcanos presentes en el gas
natural que tienen dos o más átomos de carbono.
La presente invención puede proporcionar una
reducción sustancial del consumo de energía específica para la
producción de gas natural licuado. Después de la licuación a alta
presión, el gas natural licuado se enfría aún más y, eventualmente,
la presión se reduce hasta la presión atmosférica vaporizando
súbitamente una parte del gas natural licuado. La temperatura del
gas natural licuado antes de la vaporización súbita afecta a la
cantidad de vapor generado. Una temperatura más baja da lugar a
menos vapor. Generalmente, cuando solamente se necesita un producto
de gas natural licuado, se desea que la cantidad de vapor producido
por vaporización súbita satisfaga las necesidades de energía para
la instalación de fabricación de gas natural licuado. Un exceso del
vapor generado por vaporización súbita da lugar a una reducción de
la eficacia del procedimiento. Para la invención, que incluye la
producción de gas natural licuado, helio crudo y gas de síntesis, se
puede requerir más vapor generado por vaporización súbita. La
temperatura del gas natural licuado antes de la vaporización súbita
puede ser más alta que en el caso de no producirse un gas de
síntesis. Esto indica que en el proceso combinado se necesita menos
refrigeración, y por consiguiente menos energía, para enfriar la
alimentación. La reducción de la energía puede conducir a la
reducción de la inversión de capital requerido para producir gas
natural licuado, para un régimen dado, o puede permitir aumentar la
producción de gas natural licuado, para una inversión dada.
Generalmente, el gas natural se suministra o
transporta a presiones tan altas como 19,5 MPa absolutos (2.800
psig), más normalmente a presiones que varían de 0,8 MPa (100 psig)
a 9,75 MPa (1.400 psig), y lo más normalmente a presiones que
varían de 2,75 MPa (400 psig) a 8,5 MPa (1.200 psig). La temperatura
del gas natural depende de su fuente de origen. Cuando el gas
natural es un gas transportado por tubería, su temperatura se puede
aproximar a las condiciones del ambiente, tal como, por ejemplo,
-17,8ºC (0ºF) a 49,9ºC (120ºF). Si las condiciones del gas natural
se miden en la proximidad de un dispositivo de conducción, tal como
un compresor de gas natural, el equipo de salida y de
post-compresión puede condicionar o afectar a la
temperatura y a la presión de la alimentación de gas
natural.
natural.
La etapas de pretratamiento adecuadas para uso
con la presente invención pueden comenzar con las etapas
identificadas normalmente con la producción de gas natural licuado
y/o gas de síntesis, que incluyen, pero no se limitan a ellas,
comprimir a presión elevada, y retirar del gas natural los gases
ácidos, los mercaptanos, el mercurio y la humedad. Normalmente, los
gases ácidos y los mercaptanos se retiran por medio de un
procedimiento de adsorción que emplea una solución acuosa que
contiene aminas u otros tipos de solventes físicos o químicos.
Generalmente, esta etapa se realiza aguas arriba de la mayoría de
las etapas de enfriamiento de gas natural. Generalmente, una parte
sustancial del agua se retira como un líquido por medio de una
separación de dos fases gas-líquido, antes o
después de enfriar a un bajo nivel, seguida por un tratamiento con
tamices moleculares para retirar cantidades muy pequeñas de agua.
Generalmente, las etapas de retirada del agua tienen lugar aguas
arriba de cualquier expansión isoentálpica o isoentrópica como aquí
se contemplan. El mercurio se puede retirar por medio del uso de
lechos adsorbentes de mercurio. Las cantidades residuales de agua y
gases ácidos se retiran lo más normalmente por medio del uso de
lechos adsorbentes seleccionados particularmente, tales como los
tamices moleculares regenerables. Generalmente, tales lechos
adsorbentes seleccionados particularmente también se posicionan
aguas arriba de la mayoría de las etapas de enfriamiento de gas
natural.
Posteriormente a cualquiera de las etapas de
pretratamiento opcionales, el procedimiento de la presente invención
combina la producción de helio crudo, gas natural licuado y gas de
síntesis producto. Con referencia a las Figuras 1 a 5, la
alimentación de gas natural 1, que puede tener una presión de 3,5 a
6,25 MPa (500 a 900 psia), se dirige a uno o más intercambiadores
de calor 2 para enfriar el gas natural, produciendo de ese modo un
fluido 7 de gas natural frío. Como se usa aquí, la expresión
"fluido" incluye vapor, líquido y mezclas de vapor/líquido. El
gas natural de alimentación 1 se puede pretratar, o no, y se le
puede haber retirado los NGL. El fluido 7 de gas natural frío puede
ser un líquido subenfriado, un líquido saturado o una mezcla de dos
fases. El fluido 7 de gas natural frío puede tener una temperatura
mayor que -140ºC (-220ºF), preferiblemente mayor que -135ºC
(-211ºF). Para la presente invención, que produce gas natural
licuado y gas de síntesis, se ha descubierto que se requiere un
subenfriamiento menor, comparado con un procedimiento que produce
gas natural licuado y no produce gas de síntesis, proporcionando de
ese modo un ahorro de energía. El(los)
intercambiador(es) de calor 2 puede ser un intercambiador de
calor de gas natural licuado, tal como los vendidos en la industria
por Air Products and Chemicals, Inc. El enfriamiento puede incluir
una o más etapas encaminadas a conseguir sucesivamente unas
temperaturas más bajas del gas natural. Como fluido(s) de
enfriamiento 3 se puede(n) emplear cualquier refrigerante o
combinación de refrigerantes adecuados. Por ejemplo, debido a su
disponibilidad y coste, los refrigerantes pueden incluir amoniaco,
propano, propileno, etano, etileno, metano, nitrógeno, y otros
materiales normalmente gaseosos, o sus mezclas, que se han
comprimido y enfriado y licuado. El refrigerante también se puede
incorporar en una configuración en ciclo abierto en la que haya un
contacto íntimo entre el refrigerante y la corriente de proceso. En
la medida en que se usa más de un fluido refrigerante en el uno o
más intercambiadores de calor 2, el refrigerante utilizado en la
última parte del uno o más intercambiadores de calor 2,
generalmente, tendrá un punto de ebullición más baja que el
refrigerante utilizado en las etapas anteriores del uno o más
intercambiadores de calor 2. En una realización se utiliza propano
como primer refrigerante, y como refrigerante posterior se utiliza
un refrigerante mixto que comprende metano, etano, propano y
nitrógeno.
Según las realizaciones representadas en las
Figuras 1 a 5, al menos una parte del fluido 7 de gas natural frío
se separa en el vapor 42 y el líquido 19.
El fluido 7 de gas natural frío se expande por
medio de unos medios 9 de reducción de la presión, a fin de reducir
la presión del fluido 7 de gas natural y autorrefrigerar el gas
natural hasta una temperatura más baja, formando de ese modo un
fluido multifase 10 que tiene una relación molar del vapor al
líquido distinta de cero. La relación molar del vapor al líquido
puede ser de 0,0001 a 0,004, o puede ser de 0,001 a 0,03. Como se
sabe en la técnica, se puede controlar la reducción de la presión
para generar una particular relación molar del vapor al líquido.
Aunque los medios 9 de reducción de la presión se representan como
una válvula, los medios 9 de reducción de la presión pueden ser uno
o más dispositivos de reducción de la presión conocidos en la
técnica.
La reducción de la presión puede hacerse, al
menos parcialmente, mediante medios isoentálpicos. En la técnica se
conocen dispositivos adecuados para la expansión isoentálpica del
gas natural de acuerdo con la presente invención, y generalmente
incluyen, pero no se limitan a ellos, dispositivos de estrangulación
manual o automáticamente actuados, tales como, por ejemplo,
válvulas, válvulas de control, válvulas Joule Thompson o
dispositivos venturi.
La reducción de la presión puede hacerse, al
menos parcialmente, mediante medios isoentrópicos. En la técnica se
conocen dispositivos adecuados para la expansión isoentrópica del
gas natural de acuerdo con la presente invención, y generalmente
incluyen equipos tales como los expansores o turbo expansores que
extraen u obtienen trabajo de dicha expansión. Aunque la etapa de
reducción de la presión se describe mediante una expansión
isoentálpica en forma de una válvula a propósito de las Figuras 1 a
5, se interpreta que esta descripción comprende uno o más de los
dispositivos de reducción de la presión contemplados antes, que
comprenden una expansión isoentrópica y/o isoentálpica, dispuestos
en paralelo o en serie.
Según las realizaciones representadas en las
Figuras 1 a 5, al menos una parte del fluido multifase 10 de la
etapa de reducción de la presión se dirige a un dispositivo de
separación 11 para separar el vapor del líquido. El vapor, que está
enriquecido en helio, se retira como el vapor 42 y el líquido, que
comprende metano, se retira como el líquido 19. Al menos una parte
del helio crudo 12 se obtiene a partir de al menos una parte del
vapor 42. Por consiguiente, el helio crudo 12 comprende al menos una
parte del helio del vapor 42. Opcionalmente, el helio crudo 12 se
puede purificar más en el purificador de helio 70 opcional usando
cualquier procedimiento convencional de purificación de helio
conocido en la técnica.
El dispositivo de separación 11 puede ser un
tambor de evaporación de una sola etapa o puede incluir múltiples
etapas teóricas de separación, para proporcionar una mejor
separación de componentes entre los constituyentes del vapor 42 y
el líquido 19 de las Figuras 1 a 5. Los dispositivos adecuados de
separación líquido-gas para proporcionar múltiples
etapas teóricas de separación pueden incluir una torre de
destilación, que puede o no incluir un rehervidor, un condensador o
un reflujo.
Según las realizaciones representadas en las
Figuras 1, 2, 4 y 5, al menos una parte del líquido 19 se separa en
el vapor 27 y el líquido 29.
En las realizaciones representadas en las
Figuras 1, 2, 4 y 5, el líquido 19 se puede expandir por medio de
unos medios 21 de reducción de la presión, a fin de reducir la
presión del líquido 19 y autorrefrigerar el fluido hasta una
temperatura más baja, generando de ese modo un fluido multifase 22.
Aunque los medios 21 de reducción de la presión se representan como
una válvula, los medios 21 de reducción de la presión pueden ser
uno o más dispositivos de reducción de la presión conocidos en la
técnica, como se describió antes para los medios 9 de reducción de
la presión.
Según las realizaciones representadas en las
Figuras 1, 2, 4 y 5, al menos una parte del fluido multifase 22 se
dirige a un dispositivo de separación 23 para separar el vapor del
líquido. El vapor, que comprende metano, se retira como el vapor 27
y el líquido, que comprende metano, se retira como el líquido 29. El
dispositivo de separación 23 puede ser un tambor de evaporación de
una sola etapa o puede incluir múltiples etapas teóricas de
separación, para proporcionar una mejor separación de componentes
entre los constituyentes del vapor 27 y el líquido 29. Los
dispositivos adecuados de separación líquido-gas
para proporcionar múltiples etapas teóricas de separación pueden
incluir una torre de destilación, que puede o no incluir un
rehervidor, un condensador o un reflujo. En una realización de la
invención, al menos una parte del material de alimentación 26 del
generador de gas de síntesis, que abastece al generador 80 de gas
de síntesis, se obtiene a partir de al menos una parte del vapor
27. El material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis
comprende al menos una parte del metano del vapor 27. El metano del
material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis se
puede hacer reaccionar en el generador 80 de gas de síntesis para
formar un gas de síntesis 81 intermedio o final.
Opcionalmente, como se muestra en la Figura 1,
del vapor 27 se puede extraer el combustible 52. El combustible 52
se puede usar para usos como combustible en la planta de gas natural
licuado o la planta de gas de síntesis, tales como para las
necesidades de combustible de turbinas de gas, las necesidades de
combustible de reformadores de metano con vapor de agua, el
combustible para turbinas de ciclo combinado, o el combustible para
hornos tales como los calentadores de apoyo de una instalación de
hidrocraqueo para tratar productos GAL Fischer Tropsch. El
combustible 52 también se puede usar como gas para servicios
públicos, que abastecen combustible a ciudades, pueblos o aldeas
locales.
Según una realización de la invención
representada en la Figura 1, al menos una parte del líquido 19 se
puede expandir por medio de unos medios 21 de reducción de la
presión, reduciendo de ese modo la presión hasta entre 0,10 MPa
(14,5 psia) y 0,15 MPa (22 psia), y produciendo de ese modo un vapor
27 y un líquido 29. Al menos una parte del producto 24 de gas
natural licuado se obtiene a partir de al menos una parte del
líquido 29. Por consiguiente, el producto 24 de gas natural licuado
comprende al menos una parte del metano del líquido 29.
Según unas realizaciones de la invención
representadas en las Figuras 2, 4 y 5, al menos una parte del
líquido 29 se separa en el vapor 37 y el líquido 39. Al menos una
parte del líquido 29 se expande por medio de unos medios 31 de
reducción de la presión, a fin de reducir la presión del líquido 29
y autorrefrigerar el fluido hasta una temperatura más baja,
generando de ese modo un fluido multifase 32. Aunque los medios 31
de reducción de la presión se representan como una válvula, los
medios 31 de reducción de la presión pueden ser uno o más
dispositivos de reducción de la presión conocidos en la técnica,
como se describió antes para los medios 9 de reducción de la
presión. Al menos una parte del fluido multifase 32 se dirige a un
dispositivo de separación 33 para separar el vapor del líquido. El
vapor, que comprende metano, se retira como el vapor 37 y el
líquido, que comprende metano, se retira como el líquido 39. El
dispositivo de separación 33 puede ser un tambor de evaporación de
una sola etapa o puede incluir múltiples etapas teóricas de
separación, para proporcionar una mejor separación de componentes
entre los constituyentes del vapor 37 y el líquido 39. Los
dispositivos adecuados de separación líquido-gas
para proporcionar múltiples etapas teóricas de separación pueden
incluir una torre de destilación, que puede o no incluir un
rehervidor, un condensador o un reflujo. Según la invención, al
menos una parte del material de alimentación 26 del generador del
gas de síntesis, que abastece al generador 80 de gas de síntesis,
se obtiene a partir de al menos una parte del vapor 37 y/o al menos
una parte del vapor 27. El material de alimentación 26 del
generador de gas de síntesis comprende al menos una parte del metano
del vapor 27 y el vapor 37. Al menos una parte del producto 24 de
gas natural licuado se obtiene a partir de al menos una parte del
líquido 39. Por consiguiente, el producto 24 de gas natural licuado
comprende al menos una parte del metano del líquido 39.
Según las realizaciones de la invención
representadas en las Figuras 2, 4 y 5, los medios 21 de reducción
de la presión pueden reducir la presión hasta una presión que es
mayor que 0,15 MPa (22 psia), y los medios 31 de reducción de la
presión pueden reducir la presión hasta una presión que es menor que
0,15 MPa (22 psia).
Según algunas realizaciones de la invención
representadas en las Figuras 3 a 5, en el intercambiador de calor
47 se puede enfriar al menos una parte del vapor 42, condensando de
ese modo al menos una parte del metano y produciendo de ese modo un
fluido multifase 44 que tiene un componente vapor y un componente
líquido. Al menos una parte del fluido multifase 44 se dirige a un
dispositivo de separación 43 para separar el vapor del líquido. El
vapor, que comprende una concentración más alta de helio que el
líquido, se retira como el vapor 48 y el líquido, que comprende
metano, se retira como el líquido 46. El dispositivo de separación
43 puede ser un tambor de evaporación de una sola etapa o puede
incluir múltiples etapas teóricas de separación, para proporcionar
una mejor separación de componentes entre los constituyentes del
líquido 46 y el vapor 48. Los dispositivos adecuados de separación
líquido-gas para proporcionar múltiples etapas
teóricas de separación pueden incluir una torre de destilación, que
puede o no incluir un rehervidor, un condensador o un reflujo. Al
menos una parte del helio crudo 12 se obtiene a partir de al menos
una parte del vapor 48. El helio crudo 12 comprende al menos una
parte del helio del vapor 48. El helio crudo 12 se puede purificar
más mediante cualquier procedimiento conocido en la técnica. En
estas realizaciones se muestra una opción donde al menos una parte
del material de alimentación 26 del generador de gas de síntesis se
obtiene a partir de al menos una parte del líquido 46. El gas de
síntesis 81 se puede formar haciendo reaccionar al menos una parte
del metano del líquido 46 después de la vaporización. Por
consiguiente, el material de alimentación 26 del generador de gas
de síntesis comprende al menos una parte del metano del líquido
46.
Como se muestra en las Figuras 3 a 5, al menos
una parte del vapor 48 se puede devolver al intercambiador de calor
47 para ser vaporizada, proporcionando de ese modo un enfriamiento
adicional del vapor 42. La transferencia de calor se puede realizar
de manera equicorriente o contracorriente fluyendo el vapor 48 en
una relación de transferencia de calor al flujo del vapor 42. Los
dispositivos adecuados para realizar una función de transferencia
de calor incluyen elementos de transferencia de calor de placas,
tubulares u otros, para transferir el calor pero no la masa como se
conoce en la técnica.
Según algunas realizaciones de la invención
representadas en las Figuras 3 a 5, al menos una parte del líquido
46 se puede expandir por medio de unos medios 45 de reducción de la
presión, formando de ese modo un fluido 49 de presión más baja, y
devolverlo posteriormente al intercambiador de calor 47 para
proporcionar enfriamiento al vapor 42. Aunque los medios 45 de
reducción de la presión se representan como una válvula, los medios
45 de reducción de la presión pueden ser uno o más dispositivos de
reducción de la presión conocidos en la técnica, como se describió
antes para los medios 9 de reducción de la presión. La transferencia
de calor se puede realizar de manera equicorriente o
contracorriente en una relación de transferencia de calor al flujo
del vapor 42. Al menos una parte del fluido caliente 50 resultante
abastece al material de alimentación 26 del generador de gas de
síntesis. Al menos una parte del material de alimentación 26 del
generador de gas de síntesis se obtiene a partir de al menos una
parte del fluido caliente 50. Por consiguiente, el material de
alimentación 26 del generador de gas de síntesis comprende al menos
una parte del metano del fluido caliente 50. El metano del material
de alimentación 26 del generador de gas de síntesis se puede hacer
reaccionar en el generador 80 de gas de síntesis para formar un gas
de síntesis 81 intermedio o final.
Según una realización de la invención que se
muestra en la Figura 4, el vapor 27, el vapor 48 y el fluido 50 se
pueden usar para enfriar el refrigerante 63 en uno o más
intercambiadores de calor 57. El fluido de enfriamiento 3 puede
comprender un refrigerante 63. Alternativamente, al menos una parte
de la alimentación 1 se puede enfriar en el(los)
intercambiador(es) de calor 57 en lugar del refrigerante 63.
Después de pasar a través del intercambiador de calor 57, el vapor
28 y el vapor 51 resultantes se pueden comprimir en un compresor
58, formando de ese modo un gas comprimido 59. Según esta
realización, al menos una parte del material de alimentación 26 del
generador de gas de síntesis, que abastece gas de síntesis al
generador 80, se obtiene a partir de al menos una parte del gas
comprimido 59. El material de alimentación 26 del generador de gas
de síntesis comprende al menos una parte del metano del gas
comprimido 59. Opcionalmente, como se muestra en la Figura 4, del
gas comprimido 59 se puede extraer el combustible 52.
Como se muestra en una realización en la Figura
5, el liquido 46 se puede expandir por medio de unos medios
múltiples 45 y 65 de reducción de la presión, y posteriormente
devolver al intercambiador de calor 47 para proporcionar
enfriamiento al vapor 42. Aunque los medios 45 y 65 de reducción de
la presión se representan como unas válvulas, los medios 45 y 65 de
reducción de la presión pueden ser uno o más dispositivos de
reducción de la presión conocidos en la técnica, como se describió
antes para los medios 9 de reducción de la presión. La
transferencia de calor se puede realizar de manera equicorriente o
contracorriente en una relación de transferencia de calor al flujo
del vapor 42. Al menos una parte de los fluidos calientes 50 y 66
resultantes se puede abastecer al material de alimentación 26 del
generador de gas de síntesis. Al menos una parte del material de
alimentación 26 del generador de gas de síntesis se obtiene a
partir de al menos una parte del fluido 50 y/o al menos una parte
del fluido 66. Por consiguiente, se puede formar al menos una parte
del gas de síntesis haciendo reaccionar al menos una parte del
metano de al menos uno del fluido 50 y el fluido 66.
Según una realización de la invención que se
muestra en la Figura 5, el vapor 27 y el fluido 66 se pueden
combinar y, posteriormente, usar para enfriar el refrigerante 63 en
uno o más intercambiadores de calor 57. El fluido 50 y el vapor 37
se pueden combinar y, posteriormente, usar para enfriar el
refrigerante 63 en uno o más intercambiadores de calor 57. En la
realización mostrada en la Figura 5, el vapor 48 que comprende helio
se usa para enfriar el refrigerante 63 en uno o más
intercambiadores de calor 57. Alternativamente, al menos una parte
de la alimentación 1 se puede enfriar en el(los)
intercambiador(es) de calor 57 en lugar del refrigerante 63.
Después de pasar a través del intercambiador de calor 57, el vapor
28 y el vapor 51 resultantes se pueden comprimir en el compresor
58, formando de ese modo un gas comprimido 59. Según esta
realización, al menos una parte del material de alimentación 26 del
generador de gas de síntesis, que abastece al generador 80 de gas
de síntesis, se obtiene a partir de al menos una parte del gas
comprimido 59. El material de alimentación 26 del generador de gas
de síntesis comprende al menos una parte del metano del gas
comprimido 59. Opcionalmente, como se muestra en la Figura 5, del
gas comprimido 59 se puede extraer el combustible 52. Este
combustible se puede usar para usos como combustible en la planta
de gas natural licuado, tales como para las necesidades de
combustible de turbinas de gas, las necesidades de combustible de
reformadores de metano con vapor de agua, el combustible para
turbinas de ciclo combinado, o el combustible para hornos tales como
los calentadores de apoyo de una instalación de hidrocraqueo para
tratar productos GAL Fischer Tropsch. El combustible 52 también se
puede usar como gas para servicios públicos, abasteciendo
combustible a ciudades, pueblos o aldeas locales.
La presente invención se describe con más
detalle en relación con los siguientes ejemplos, debiéndose
comprender que los ejemplos tienen propósito de ilustración pero no
de limitación.
Se simuló una realización de la presente
invención mediante unos medios computacionales. Se alimentó una
alimentación de gas natural a un procedimiento combinado para
producir helio crudo, un material de alimentación de un generador
de gas de síntesis, y un producto de gas natural licuado, de acuerdo
con una realización de la presente invención sustancialmente como
la representada en la Figura 4. La simulación se basó en base a
10.000 kg/h de gas natural proporcionados como la alimentación 1.
Las condiciones del procedimiento y el balance de masas de los
fluidos principales de esta realización se exponen en la siguiente
Tabla 1. En la Tabla 1, la concentración se lista como 0% en moles
si la concentración es menor que 0,001%.
\vskip1.000000\baselineskip
La temperatura del fluido 7 de gas natural frío
era aproximadamente -131,7ºC, que es mucho más alta que la
temperatura típica de aproximadamente -151,1ºC para los
procedimientos que solamente producen gas natural licuado, sin
producir el material de alimentación de un generador de gas de
síntesis.
En esta simulación, el líquido 39, que alimenta
al producto 24 de gas natural licuado, es aproximadamente un 79% de
la alimentación 1. El vapor 48, que alimenta al helio crudo 12, es
aproximadamente un 0,04% de la alimentación 1. El resto abastece al
gas comprimido 59, que alimenta al material de alimentación 26 de un
generador de gas de síntesis y al combustible 52.
Según la simulación, el vapor 48, que alimenta
al helio crudo 12, es aproximadamente 63,35% en moles de helio, y
en el vapor 48 se recupera aproximadamente un 86,4% del helio del
fluido 7 de gas natural frío.
El nitrógeno se concentra en el gas comprimido
59, que alimenta al material de alimentación 26 de un generador de
gas de síntesis, y que tiene una concentración de aproximadamente 9%
en moles, mientras que la concentración de nitrógeno en el líquido
39, que alimenta al producto 24 de gas natural licuado, es
aproximadamente 0,3% en moles.
Por comparación, se simuló un procedimiento de
acuerdo con la configuración expuesta en la Figura 6. La simulación
se basó en base a 10.000 kg/h de gas natural proporcionado como la
alimentación 101. La alimentación 101 se dividió para proporcionar
una alimentación 104 de gas natural para un procedimiento de gas
natural licuado, y un material 126 de alimentación de un generador
de gas de síntesis. El helio se recuperó solamente de la
alimentación de gas natural licuado. Las condiciones del
procedimiento y el balance de masas para los fluidos principales de
esta realización se exponen en la siguiente Tabla 2. En la Tabla 2,
la concentración se lista como 0% en moles si la concentración es
menor que 0,001%.
\vskip1.000000\baselineskip
Como se muestra en la Figura 6, la alimentación
104 de gas natural se alimenta al intercambiador de calor 102 y se
enfría mediante un(os) fluido(s) de enfriamiento 103,
produciendo de ese modo un fluido 107 de gas natural frío. El
fluido 107 de gas natural frío se expande por medio de unos medios
109 de reducción de la presión, a fin de reducir la presión del
fluido 107 de gas natural y autorrefrigerar el gas natural hasta la
temperatura más baja del fluido 110 de gas natural.
El fluido de gas natural 110 se dirige a un
dispositivo de separación 111 para separar el vapor del líquido. El
vapor, que es rico en helio, se retira como el vapor 142 y el
líquido, que comprende metano, se retira como el líquido 119.
El líquido 119 se expande por medio de unos
medios de reducción de la presión 131, a fin de reducir la presión
del líquido 119 y autorrefrigerar el fluido hasta la temperatura más
baja del fluido 132, y generando de ese modo un vapor y un líquido.
El fluido 132 de temperatura más baja de la etapa de reducción de la
presión se dirige a un dispositivo de separación 133 para separar
el vapor del líquido. El vapor, que comprende metano, se retira
como el vapor 137 y el líquido, que comprende metano, se retira como
el líquido 139. El líquido 139 abastece al producto 124 de gas
natural licuado.
El vapor 142 se enfría en el intercambiador de
calor 147, condensando de ese modo al menos una parte del metano y
produciendo de ese modo un fluido multifase 144 que tiene un
componente vapor y un componente líquido. El fluido multifase 144
se dirige a un dispositivo de separación 143 para separar el vapor
del líquido. El vapor, que comprende una concentración de helio
mayor que el líquido, se retira como el vapor 148 y el líquido, que
comprende metano, se retira como el líquido 146. El helio crudo 112
se obtiene a partir del vapor 148.
Como se muestra en la Figura 6, el vapor 148 se
devuelve al intercambiador de calor 147 para ser vaporizado,
proporcionando de ese modo un enfriamiento adicional para el vapor
142. El líquido 146 se expande por medio de los medios de reducción
de la presión 145, formando de ese modo un fluido 149 de presión más
baja y, posteriormente, regresa al intercambiador de calor 147 para
proporcionar también enfriamiento al vapor 142.
Ambas simulaciones se idearon de modo que un 79%
en masa del gas de alimentación entrante produjo un producto de gas
natural licuado.
La temperatura del fluido 107 de gas natural
frío era aproximadamente -151,1ºC, que es típica para los
procedimientos que producen gas natural licuado sin producir un
material de alimentación de un generador de gas de síntesis. Debido
al subenfriamiento adicional de la configuración de la Figura 6
comparada con la de la Figura 4, se calcula que en la configuración
de la Figura 4 el poder de licuación es aproximadamente un 14%
menor.
Según la simulación, el vapor 148, a partir del
que se obtiene el helio crudo 112, tiene aproximadamente 46,38% en
moles de helio, y en el vapor 148 se recupera aproximadamente 75,0%
en masa del helio de la alimentación 101. Esto se compara con una
recuperación de 63,35% en moles de helio y 86,4% en masa de helio
del procedimiento de la Figura 4. Una ventaja aún mayor se presenta
cuando al material de la alimentación de un generador de gas de
síntesis se alimenta un porcentaje mayor de gas natural.
El nitrógeno contenido en el producto de gas
natural licuado es menor para la configuración de la Figura 4,
comparado con la configuración de la Figura 6. Se calcula que el
nitrógeno contenido en el producto de gas natural licuado es
aproximadamente 0,27% y 0,83% en moles, para las configuraciones de
las Figura 4 y 6, respectivamente.
Otras realizaciones y ventajas de la invención
serán evidentes para los expertos en la técnica a partir de la
consideración de esta memoria descriptiva o de la práctica de la
invención aquí descrita. Se pretende que esta memoria descriptiva
sea considerada solamente como ejemplo, siendo el alcance de la
invención el que se indica mediante las reivindicaciones
siguientes.
Claims (19)
1. Un procedimiento para producir unos productos
a partir de gas natural, que comprende:
enfriar una alimentación de gas natural
presurizado que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en
volumen, y metano, para producir a partir de al menos una parte del
gas natural un primer fluido licuado que comprende helio y
metano;
reducir la presión de al menos una parte del
primer fluido para producir un primer fluido de presión reducida, y
separar el primer fluido de presión reducida para proporcionar un
primer vapor que comprende helio y metano, y un primer líquido que
comprende metano, con una relación molar del primer vapor al primer
líquido de 0,0001 a 0,04;
obtener al menos una parte de un helio crudo a
partir de al menos una parte del primer vapor;
reducir la presión de al menos una parte del
primer líquido para producir un fluido de presión reducida, y
separar dicho fluido de presión reducida para proporcionar un vapor
que contiene metano y un líquido que contiene metano;
hacer reaccionar al menos una parte del metano
del vapor que contiene metano para producir al menos una parte de
un gas de síntesis; y
obtener al menos una parte de un producto de gas
natural licuado a partir de al menos una parte del líquido que
contiene metano.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, que
comprende:
enfriar un gas natural presurizado que comprende
helio, en una cantidad menor que 0,5% en volumen, y metano, para
producir el primer fluido;
reducir la presión de al menos una parte del
primer fluido para producir un primer fluido de presión reducida, y
separar el primer fluido de presión reducida en el primer vapor que
comprende helio y metano y el primer líquido que comprende metano,
con una relación molar del primer vapor al primer líquido de 0,0001
a 0,04;
obtener al menos una parte del helio crudo a
partir de al menos una parte del primer vapor;
reducir la presión de al menos una parte del
primer líquido para producir un fluido de presión reducida, y
separar dicho fluido de presión reducida en un segundo vapor que
comprende metano y un segundo líquido que comprende metano;
hacer reaccionar al menos una parte del metano
del segundo vapor para producir al menos una parte del gas de
síntesis; y
obtener al menos una parte del producto de gas
natural licuado a partir de al menos una parte del segundo
líquido.
3. El procedimiento de la reivindicación 2, que
comprende además:
reducir la presión de al menos una parte del
segundo liquido para proporcionar un segundo fluido de presión
reducida, y separar el segundo fluido de presión reducida en un
tercer vapor que comprende metano y un tercer líquido que comprende
metano; y
obtener al menos una parte de un producto de gas
natural licuado a partir de al menos una parte del tercer
líquido.
4. El procedimiento de la reivindicación 1, que
comprende:
enfriar una alimentación de gas natural
presurizado que comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en
volumen, y metano, para producir a partir de al menos una parte del
gas natural el primer fluido licuado que comprende helio y
metano;
reducir la presión de al menos una parte del
helio y el metano del primer fluido para producir un primer fluido
de presión reducida, y separar el primer fluido de presión reducida
en el primer vapor que comprende helio y metano y el primer líquido
que comprende metano, con una relación molar del primer vapor al
primer líquido de 0,0001 a 0,04;
obtener al menos una parte del helio crudo a
partir de al menos una parte del primer vapor;
reducir la presión de al menos una parte del
metano del primer líquido para producir un fluido de presión
reducida, y separar dicho fluido de presión reducida en un segundo
vapor que comprende metano y un segundo líquido que comprende
metano;
reducir la presión de al menos una parte del
metano del segundo líquido para producir un fluido de presión
reducida, y separar dicho fluido de presión reducida en un tercer
vapor que comprende metano y un tercer líquido que comprende
metano;
obtener al menos una parte de un producto de gas
natural licuado a partir de al menos una parte del tercer líquido;
y
hacer reaccionar al menos una parte del metano
de al menos uno del segundo vapor y el tercer vapor, para producir
un gas de síntesis.
5. El procedimiento de la reivindicación 2, en
el que la presión del segundo líquido es menor que 0,15 MPa (22
psia).
6. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 5, en el que la presión del tercer líquido es
menor que 0,15 MPa (22 psia).
7. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 3 a 9, que comprende además hacer reaccionar al
menos una parte del metano del tercer vapor para producir al menos
una parte del gas de síntesis.
8. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 2 a 7, que comprende además obtener un gas
combustible a partir de al menos una parte de al menos uno del
segundo vapor y, si está presente, el tercer vapor.
9. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende además:
condensar al menos un parte del primer vapor,
formando de ese modo un primer fluido multifase que comprende helio
y metano;
separar al menos una parte del primer fluido
multifase en un cuarto vapor que comprende al menos 40% en volumen
de helio y un cuarto líquido que comprende metano; y
obtener al menos una parte del helio crudo a
partir de al menos una parte del cuarto vapor.
10. El procedimiento de la reivindicación 9, que
comprende además hacer reaccionar al menos una parte del metano del
cuarto líquido para producir al menos una parte del gas de
síntesis.
11. El procedimiento de la reivindicación 9 ó
10, en el que la etapa de condensación comprende hacer pasar al
menos una parte del cuarto vapor en comunicación para intercambio de
calor con al menos una parte del primer vapor.
12. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones 9 a 11, que comprende además expandir al menos una
parte del cuarto líquido, formando de ese modo un fluido de presión
más baja, y en el que la etapa de condensación comprende hacer
pasar al menos una parte del fluido de presión más baja en
comunicación para intercambio de calor con al menos una parte del
primer vapor.
13. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la relación molar del
primer vapor al primer líquido es 0,001 a 0,03.
14. El procedimiento de una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que la temperatura del primer
fluido es mayor que -140ºC.
15. El procedimiento de la reivindicación 14, en
el que la temperatura del primer fluido es mayor que -135ºC.
16. Un aparato para producir unos productos a
partir de gas natural mediante el procedimiento de la reivindicación
1, que comprende:
un primer intercambiador de calor (2) para
licuar al menos parcialmente el gas natural presurizado (1) que
comprende helio, en una cantidad menor que 0,5% en volumen y metano,
teniendo dicho primer intercambiador de calor una entrada y una
salida;
un primer reductor de presión (9) que tiene una
entrada en comunicación fluida con la salida del primer
intercambiador de calor, y una salida;
un primer dispositivo de separación (11) que
tiene una entrada en comunicación fluida (7, 9, 10) con la salida
del primer reductor de presión (9), una salida de vapor para
descargar un primer vapor (42) que comprende helio, y una salida de
líquido para descargar un primer líquido (19) que comprende
metano;
un segundo reductor de presión (21) que tiene
una entrada en comunicación fluida con la salida de líquido del
primer dispositivo de separación (11), y una salida;
un segundo dispositivo de separación (23) que
tiene una entrada en comunicación fluida (19, 21, 22) con la salida
de líquido del segundo reductor de presión (21), una salida de vapor
para descargar un segundo vapor (27) que comprende metano, y una
salida de líquido para descargar un segundo líquido (29) que
comprende metano;
un recipiente (90) de almacenamiento de gas
natural licuado que tiene una primera entrada en comunicación
fluida (29, 24) con la salida de líquido del segundo dispositivo de
separación;
un segundo intercambiador de calor (47) para
formar un primer fluido multifase (44) que tiene una entrada en
comunicación fluida (42) con la salida de vapor del primer
dispositivo de separación, y una salida;
un tercer dispositivo de separación (43) que
tiene una entrada en comunicación fluida (44) con la salida del
segundo intercambiador de calor, una salida de vapor para descargar
un vapor de helio crudo (48), y una salida de líquido para
descargar un tercer líquido (46); y
un generador (80) de gas de síntesis que tiene
una entrada en comunicación fluida (27, 26; 45, 49, 50, 26) con el
metano de al menos la salida de vapor del segundo dispositivo de
separación.
17. El aparato de la reivindicación 16, que
comprende además:
un tercer reductor de presión (31) que tiene una
entrada en comunicación fluida con la salida de líquido del segundo
dispositivo de separación (23), y una salida; y
un cuarto dispositivo de separación (33) que
tiene una entrada en comunicación fluida (29, 31, 32) con la salida
del tercer reductor de presión (31), una salida de vapor para
descargar un tercer vapor (37), y una salida de líquido para
descargar un cuarto líquido (39), estando dicha salida de líquido
para descargar el cuarto líquido (39) en comunicación fluida (39,
24) con la primera entrada o con una segunda entrada de dicho
recipiente de almacenamiento de gas natural licuado.
18. El aparato de la reivindicación 17, en el
que dicha salida de vapor para descargar el tercer vapor está en
comunicación fluida (46, 45, 49, 50, 26) con la entrada de dicho
generador de gas de síntesis.
19. El aparato de una cualquiera de las
reivindicaciones 16 a 18, que comprende además un dispositivo (70)
de purificación de helio que tiene una entrada en comunicación
fluida (48, 12) con la salida de vapor para descargar el vapor de
helio crudo.
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