УСТАНОВКА ОЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 1999 года по МПК F25J1/02 

Изобретение относится к криогенной технике, более конкретно к установкам ожижения природного газа, преимущественно для получения ожиженного метана.

Известны установки ожижения природного газа, содержащие линию ожижения, подключенную к трубопроводу предварительно сжатого природного газа и замкнутый холодильный (рефрижераторный) контур (патент РФ N 2002176, кл. F 25 J 1/02, 1993).

В указанной установке замкнутый холодильный контур выполнен в виде последовательно соединенных насоса трубного пространства, конденсатора испарителя, турбины и конденсатора смешения. В качестве хладоагента в контуре использован метан, который получен из ожижаемого природного газа.

В данной установке технический результат, достигаемый изобретением, получен быть не может, поскольку не предусмотрены условия для обеспечения взрывобезопасности (отсутствие азотного контура). Кроме того, установка характеризуется большим количеством приводных механизмов.

Известны также установки ожижения природного газа, содержащие линию ожижения, подключенную к трубопроводу предварительно сжатого природного газа и два холодильных контура (патент СССР N 476766 кл. F 25 J 1/00, 1975).

В указанной установке оба холодильных контура выполнены замкнутыми. В качестве хладагентов в контурах использованы многокомпонентные смеси. Оба контура имеют теплообменники, расположенные на линии природного газа.

В данной установке также не предусмотрены средства для обеспечения взрывобезопасности. Кроме того, эта установка предусматривает также несколько приводных механизмов.

Поэтому в данной установке технический результат, достигаемый изобретением получен быть не может.

Задача настоящего изобретения - создание взрывобезопасной высокоэкономичной установки для получения жидкого метана.

Технический результат, достигаемый изобретением - обеспечение взрывобезопасности с одновременным снижением энергозатрат при получении жидкого метана путем уменьшения объема оборудования для очистки и уменьшения количества приводных механизмов.

Данный технический результат достигается тем, что в установке ожижения природного газа, содержащей линию ожижения, подключенную к трубопроводу предварительно сжатого природного газа, и два холодильных контура, один из которых выполнен замкнутым, при этом последний имеет по крайней мере один теплообменник, установленный на линии ожижения; в замкнутом контуре в качестве холодильного агента использован азот, а сам контур включает компрессор и детандер, второй контур выполнен разомкнутым, подключен к трубопроводу предварительного сжатого природного газа и имеет детандер, расположенный на одном валу с компрессором и детандером замкнутого контура, и по крайней мере один теплообменник, расположенный перед детандером замкнутого контура.

Данный технический результат достигается также тем, что теплообменники выполнены кожухотрубчатыми, при этом межтрубное пространство теплообменников включено в замкнутый контур, а в линию ожижения включены адсорберы, подключенные к замкнутому контуру для регенерации адсорбента.

Изобретение поясняется чертежом.

Конструкция установки.

Установка содержит линию 1 ожижения, подключенную к трубопроводу 2 предварительно сжатого природного газа. На линии 1 расположены адсорберы 3,4 для очистки метана (основного компонента природного газа) от примесей. Между адсорберами на линии 1 установлен теплообменник 5, а за адсорбером 4 теплообменник 6 для охлаждения природного газа. После теплообменника 6 на линии 1 установлен дроссель 7 и затем сборник 8 жидкого метана, снабженный арматурным узлом 9, через который жидкий метан выдается основному потребителю. Сборник 8 жидкого метана снабжен также магистралью, по которой поступают пары метана, образующиеся в результате дросселирования (в дросселе 7). На магистрали 10 последовательно расположены теплообменники 11, 12, 13 компрессор 14 и охладитель 15. Затем магистраль 10 подключена к вторичному потребителю 16 (например, для сжигания). Сборник 8 жидкого метана также имеет магистраль 17 для паровой фазы, на которой размещен нагреватель 18. Магистрали 9 и 16 встроены в магистраль 10 и в зоне их пересечения установлен газгольдер 19.

Установка содержит также разомкнутый холодильный контур, который подключен магистралью 20 к трубопроводу 2. На этой магистрали установлен детандер (турбодетандер 21), далее магистраль 20 встроена в теплообменник 12, а затем в теплообменник 13, а затем магистраль 20 подключена к вторичному потребителю 16 (например для сжигания).

Установка содержит также замкнутый холодильный контур, который включает емкость 22 с жидким азотом, соединенную магистралью 23 через перекрывной клапан 24 с газгольдером 25 и с компрессором (турбокомпрессором 26). В свою очередь, газгольдер 25 также соединен с магистралью 23 и с турбокомпрессором 26.

Далее на магистрали 23 последовательно расположены охладитель 27 и теплообменники 13, 12, 11. После теплообменника 11 магистраль 23 подсоединена к входу детандера (турбодетандер 28). Выход турбодетандера 28 соединен с магистралью 29, которая встроена в теплообменники 6,5, а затем в магистраль 23 в зоне расположения газгольдера 25. Турбодетандеры 21 и 28 расположены на одном валу 30 с турбокомпрессором 26 и служат его приводами. Охладители 15 и 27 имеют посторонний источник холода (например, воду), а нагреватель 18 - посторонний источник тепла (например, атмосферный воздух).

Из описания конструкции видно, что в теплообменниках 5 и 6 теплообменивающимися средами являются природный газ линии ожижения и азот. В теплообменнике 11 теплообменивающимися средами являются также природный газ линии сжижения (пары метана) и азот. А теплообменники 12 и 13 имеют три теплообменивающиеся среды (азот, природный газ линии ожижения и природный газ разомкнутого контура). Все теплообменники выполнены кожухотрубчатыми, и их межтрубное пространство включено в замкнутый азотный контур. Две другие теплообменивающиеся среды проходят по трубам, преимущественно змеевикам. Адсорберы 3,4 (очистительные блоки) имеют патрубки 31, 32 (соответственно с клапанами 33, 34), подключенные к замкнутому контуру (к магистрали 23) для регенерации адсорбента.

Работа установки.

Природный газ перед поступлением в линию 1 ожижения проходит предварительную очистку от легкоконденсируемых примесей, т.е. в трубопровод 2 газ поступает предварительно очищенным. Таким образом, ожижаемый газ (основным компонентом которого является метан) из трубопровода 2 поступает в линию 1 ожижения, вначале в адсорбер 3, в котором удаляется основная часть оставшихся примесей. Затем газ охлаждается в теплообменнике 5 (охлаждается азотом, проходящим через межтрубное пространство) и поступает в адсорбер 4, который работает при более низкой температуре (по сравнению с адсорбером 3), что обеспечивает более высокую степень очистки метана от примесей. Затем газ (по существу, чистый метан) охлаждается в теплообменнике 6 (также азотом), дросселируется в дросселе 7 и попадает в сборник 8 жидкого метана (затем в арматурный узел 9) и расходуется по основному назначению.

Испарившиеся при дросселировании пары природного газа по магистрали 10 поступают в теплообменник 11, где охлаждают азот, затем поступают в теплообменник 12, где также охлаждают азот совместно с природным газом, выходящим из детандера 21, и, наконец, пары природного газа поступают в теплообменник 13, где также нагреваются теми же средами. Подогретые пары природного газа поступают в компрессор 14, затем в охладитель 15 и, наконец, вторичному потребителю 16.

Часть паров ожиженного газа (по существу метана) поступает по магистрали 17 из арматурного узла 9 в нагреватель 18, а затем также в компрессор 14. В газгольдере 19 собирается испарившийся метан, который также периодически подается в компрессор 14.

Работа разомкнутого холодильного цикла осуществляется следующим образом.

Из трубопровода 2 по магистрали 20 он поступает в турбодетандер 21, где расширяется и охлаждается, одновременно сжимая азот в турбокомпрессоре 26, а затем в трубы теплообменника 13 и наконец к вторичному потребителю 16.

Работа же замкнутого (азотного) контура осуществляется следующим образом.

Жидкий азот из емкости 22 через клапан 24 в виде паров поступает в магистраль 23, а затем на вход в компрессор 26, где сжимается, затем охлаждается в охладителе 27, поступает в теплообменники 13, 12 и 11 (в этих теплообменниках он охлаждается метаном и природным газом), затем поступает в турбодетандер 28, где охлаждается и одновременно служит приводом турбокомпрессора 26. Из турбодетандера 28 по магистрали 29 азот поступает в теплообменники 6 и 5 (где охлаждает основной поток ожижаемого природного газа) и поступает снова в магистрали 23, где азотный контур замыкается. В газгольдере 25 собирается резервный запас азота, который периодически подается в магистраль 23. Емкость 22 с жидким азотом может доставляться от сторонних источников снабжения, либо в установке могут быть использованы известные агрегаты получения азота из воздуха (например, методом короткоцикловой адсорбционной очистки, либо с помощью полунепроницаемых мембран). Азот во все теплообменники (в межтрубное пространство) подается после турбокомпрессора 26 под повышенным давлением, что обеспечивает взрывобезопасность оборудования. Использование разомкнутого и замкнутого холодильных циклов снижает нагрузку на средства очистки природного газа (адсорберы 3,4) от загрязняющих метан легкоконденсируемых примесей. Расположение турбодетандеров и турбокомпрессора на одном валу упрощает конструкцию и повышает ее экономичность.

Сущность изобретения: установка ожижения природного газа содержит линию ожижения, подключенную к трубопроводу предварительно сжатого природного газа. Установка включает также два холодильных контура, один из которых выполнен замкнутым. В этом контуре в качестве холодильного агента использован азот, а сам контур включает компрессор и детандер, а также по крайней мере один теплообменник, установленный на линии ожижения. Второй контур выполнен разомкнутым, подключен к трубопроводу предварительно сжатого природного газа и имеет детандер, расположенный на одном валу с компрессором и детандером замкнутого контура, и по крайней мере один теплообменник, расположенный перед детандером замкнутого контура. Все теплообменники выполнены кожухотрубными, при этом межтрубное пространство теплообменников включено в замкнутый контур. В линию ожижения включены адсорберы, подключенные к замкнутому контуру для регенерации адсорбента. Использование изобретения позволит обеспечить взрывобезопасность с одновременным снижением энергозатрат при получении жидкого метана путем уменьшения объема оборудования для очистки и уменьшения количества приводных механизмов. 2 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Установка ожижения природного газа, содержащая линию ожижения, подключенную к трубопроводу предварительно сжатого природного газа, и два холодильных контура, один из которых выполнен замкнутым, при этом последний имеет по крайней мере один теплообменник, установленный на линии ожижения, отличающаяся тем, что в замкнутом контуре в качестве холодильного агента использован азот, а сам контур включает компрессор и детандер, второй контур выполнен разомкнутым, подключен к трубопроводу предварительно сжатого природного газа и имеет детандер, расположенный на одном валу с компрессором и детандером замкнутого контура, и по крайней мере один теплообменник, расположенный перед детандером замкнутого контура. 2. Установка по п.1, отличающаяся тем, что теплообменники выполнены кожухотрубчатыми, при этом межтрубное пространство теплообменников включено в замкнутый контур. 3. Установка по п. 1, отличающаяся тем, что в линию ожижения включены адсорберы, подключенные к замкнутому контуру для регенерации адсорбента.