СПОСОБ ОЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2003 года по МПК F25J1/00 

Настоящее изобретение относится к области производства СПГ, а именно - технике и технологии сжижения природного газа.

Наиболее простым способом производства сжиженного природного газа является дроссельный цикл сжижения.

Технологически он заключается в охлаждении и очистке сжатого газа от примесей в предварительном и рекуперативных теплообменниках, дросселировании и разделении образующейся парожидкостной смеси в конденсатосборнике с выводом паров в теплообменники для утилизации их холода и далее - в потребительскую сеть низкого давления, а жидкости - потребителю [1].

Одним из основных недостатков описанного способа производства сжиженного природного газа является повышенное содержание в нем высококипящих примесных компонентов, включая высшие предельные и непредельные углеводороды, диоксид углерода и т.д.

Концентрирование последних в жидкости обусловлено, с одной стороны, малой абсолютной величиной их равновесного содержания в парах, а с другой - высокой растворимостью в сжиженном природном газе.

В сочетании с относительно малым выходом жидкости при практической реализации способа (не более 3-10%) это сопровождается пропорциональным обогащением сжиженного природного газа примесными компонентами.

Высокая концентрация высококипящих примесей негативным образом сказывается на эксплуатационных характеристиках сжиженного природного газа, особенно в случаях его использования в качестве газомоторного, авиационного и ракетного горючего.

Для устранения указанного недостатка обычно используются дорогостоящие вспомогательные очистные устройства для предварительной тонкой очистки ожижаемого газа, что зачастую оказывается экономически неоправданным.

Известен также дроссельный рекуперативный способ сжижения природного газа с использованием дополнительного холодильного контура, базирующегося на принципе вихревого энергоразделения части потока сжатого газа [2] - способ-прототип.

В описываемом способе сжатый газ разделяют на две части, одну из которых (продукционную) сначала подают в предварительный, а затем в рекуперативный теплообменники, а другую (вспомогательный поток) - в вихревую трубу, откуда образующийся холодный поток направляют в предварительный теплообменник для дополнительного охлаждения продукционной части потока природного газа.

Прошедший теплообменники-вымораживатели, охлажденный и очищенный от кристаллизующихся примесей газ высокого давления дросселируется в конденсатосборник, где образующаяся парожидкостная смесь разделяется на жидкость и холодный пар низкого давления, который противотоком последовательно вводится в межтрубное пространство обоих теплообменников и затем после утилизации холода выводится в сеть низкого давления.

За счет роста на 28-46% выхода готовой продукции, против чисто дроссельного цикла, в анализируемом способе эквивалентно повышается качество производимого сжиженного природного газа.

Тем не менее и оно оказывается недостаточным при применении сжиженного природного газа в качестве горючего в двигательных установках.

Другим недостатком способа-прототипа является низкое значение эксергетического КПД, обусловленное лишь частичным (холодный поток) использованием в цикле сжижения энергетики газа низкого давления после вихревой трубы.

Предлагаемый способ сжижения природного газа обладает существенными преимуществами как в части повышения качества производимого сжиженного природного газа, так и энергетических показателей.

В основу данного изобретения положена задача повышения качества сжиженного природного газа и обеспечение непрерывности производства сжиженного природного газа.

Поставленная задача решается тем, что дроссельный рекуперативный способ ожижения природного газа включает охлаждение и очистку ожижаемого газа от примесей методом вымораживания в предварительном и рекуперативном теплообменниках, дросселирование охлажденного газа, его подачу в конденсатосборник, с разделением образующейся парожидкостной смеси, при этом ожижаемый газ очищают от примесей в одном из двух переключающихся теплообменников-вымораживателей, один из которых работает, в то время как второй подвергают отогреву, далее газ после рекуперативного теплообменника разделяют на два потока, один из которых дросселируют и подают в конденсатосборник, а другой после дросселирования смешивают с газом низкого давления, выходящим из конденсатосборника, а часть потока сжатого газа направляют в вихревую трубу, генерирующую горячий газ низкого давления для отогрева выведенного из работы предварительного теплообменника-вымораживателя, и холодный, подаваемый на дополнительное охлаждение потока сжатого газа, проходящего через работающий предварительный теплообменник-вымораживатель.

Повышение качества достигается тем, что параллельно с вымораживанием сжатый газ дополнительно очищают от конденсирующихся примесей путем их сепарационного выделения из потока газа, проходящего через предварительный и рекуперативный теплообменники. При этом в отличие от способа-прототипа очистка газа от примесей осуществляется не в одном, а в двух переключающихся предварительных теплообменниках-вымораживателях. Один из которых находится в работе, а другой в это время отогревается и очищается от накопившихся примесей.

Для отогрева выведенного из работы теплообменника-вымораживателя используется теплый поток газа от предусмотренной в способе вихревой трубы. Холодный поток газа, генерируемый вихревой трубой, используется для доохлаждения потока сжатого газа, проходящего через предварительный теплообменник-вымораживатель. Этим обеспечивается как непрерывность реализации способа, так и повышение степени очистки газа высокого давления от кристаллизующихся примесей, обусловленное дополнительным охлаждением потока сжатого газа.

Кроме этого, для повышения качества ожиженного газа в предлагаемом способе предусмотрено разделение потока охлажденного газа после рекуперативного теплообменника на две части. Одна из них является продукционной и дросселируется в конденсатосборник, а другая дросселируется в поток газа низкого давления, выходящий из конденсатосборника.

Подобным решением пропорционально снижается попадание и накопление кристаллизирующихся высококипящих примесей в готовой продукции, сливаемой из конденсатосборника.

Принципиальная технологическая схема реализации предлагаемого способа приведена на чертеже.

Газ высокого давления последовательно проходит один из двух предварительных теплообменников-вымораживателей 1 (второй отключен и отогревается) и рекуперативный теплообменник 2, где из него вымораживаются кристаллизирующиеся примеси, затем - сепараторы 9 (10) и 11, где из него отделяются конденсирующиеся примесные компоненты, которые удаляются из аппаратов по магистралям 6(7) и 8. После регенеративного теплообменника охлажденный газ разделяется на два потока, один из которых дросселируется и поступает в конденсатосборник 3, а другой после дросселирования смешивается с обратным низкотемпературным потоком низкого давления, выходящим из конденсатосборника 3. Последовательно проходя рекуперативный и предварительный теплообменники, газ низкого давления нагревается и выводится в общую сеть низкого давления. По ходу движения газа низкого давления перед предварительным теплообменником в него вводится подвергнутый энергоразделению в вихревой трубе 5 холодный поток газа. При этом горячий газ от вихревой трубы 5, подается в общую сеть газа низкого давления после прохождения межтрубного пространства основного теплообменника-вымораживателя 1, подвергающегося отогреву.

Также возможно использование в способе двух вихревых труб 4 и 5, что позволяет повысить общий энергетический КПД системы. При этом одна из труб 4 функционирует в режиме максимальной холодопроизводительности, а другая 5 - для получения высокотемпературного газа для целей эффективного и быстрого отогрева предварительного теплообменника-вымораживателя 1.

Литература
1. Иванцов О.М., Двойрис А.Д. Низкотемпературные газопроводы. М., Недра, 1980,с.207-209.

2. Патент РФ 2091682.

Изобретение относится к технике и технологии ожижения природного газа. Очистку газа от примесей осуществляют в двух переключающихся теплообменниках-вымораживателях, один из которых находится в работе, а другой в это время отогревается и очищается от накопившихся примесей. Для отогрева теплообменника-вымораживателя используют теплый поток газа от дополнительной вихревой трубы, работающей параллельно с вихревой трубой холодильного контура. Холодный поток газа, генерируемый дополнительной вихревой трубой, используют для доохлаждения потока сжатого газа, проходящего через предварительный теплообменник-вымораживатель. Использование изобретения позволит повысить степень очистки газа высокого давления от кристаллизирующихся примесей и общий энергетический КПД системы. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Дроссельный рекуперативный способ ожижения природного газа, включающий охлаждение и очистку сжижаемого газа от примесей методом вымораживания в предварительном и рекуперативном теплообменниках, дросселирование охлажденного газа, его подачу в конденсатосборник с разделением образующейся парожидкостной смеси, отличающийся тем, что сжижаемый газ очищают от примесей в одном из двух переключающихся теплообменников-вымораживателей, один из которых работает, в то время как второй подвергают отогреву, далее газ после рекуперативного теплообменника разделяют на два потока, один из которых дросселируют и подают в конденсатосборник, а другой после дросселирования смешивают с газом низкого давления, выходящим из конденсатосборника, а часть потока сжатого газа направляют в вихревую трубу, генерирующую горячий газ низкого давления для отогрева выведенного из работы предварительного теплообменника-вымораживателя и холодный, подаваемый на дополнительное охлаждение потока сжатого газа, проходящего через работающий предварительный теплообменник-вымораживатель. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что основной поток газа в процессе охлаждения в предварительном и рекуперативном теплообменниках дополнительно очищается от конденсирующихся примесей за счет их сепарационного отделения и отвода из аппаратов.