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

Изобретение относится к области технологии сжижения природного газа, преимущественно поступающего из скважины.

Известен способ получения сжиженного природного газа, включающий сжатие исходного газа в компрессорной ступени турбодетандера, впрыск в него метанола, охлаждение газа, осушку и очистку от диоксида углерода путем контактирования с метанолом, отделение от водо-конденсат-метанольной смеси, разделение ее на составляющие и регенерацию выделенного метанола с последующим его возвратом на стадии осушки и очистки; после охлаждения газ разделяют на три потока в следующем массовом соотношении: 1,7:2,3:1,0 соответственно, при этом первый поток направляют на нагревание, а затем смешивают со вторым потоком перед их подачей в расширительную ступень детандера, третий поток подают на контактирование с охлажденным метанолом, после чего его дополнительно охлаждают, отделяют жидкий конденсат и смешивают с первым и вторым потоками на входе в детандер, см. RU 95117635.

Недостатком данного способа является необходимость предварительного охлаждения, сложность реализации ввиду необходимости разделения газа на три потока строго в заданных соотношениях, высокая стоимость оборудования, необходимого для осуществления способа.

Известен способ сжижения природного газа, подаваемого под давлением, включающий разделение исходного потока сжатого газа на две части, охлаждение первой части в теплообменнике, а второй части - в охладителе, с последующим их смешением, расширением и отделением образовавшейся жидкой фазы от газообразной фазы, которую подают в теплообменник обратным потоком; перед охлаждением первую часть исходного потока подают в вихревую трубу, из которой отводят холодный и горячий потоки, причем холодный поток смешивают с обратным потоком и направляют в теплообменник, а горячий направляют в теплообменник прямым потоком, затем смешивают его с охлажденной в охладителе второй частью исходного потока перед расширением, см. RU 2178129.

Для реализации данного способа, принятого за прототип настоящего изобретения, необходимо сложное и дорогостоящее оборудование, в частности детандер, компрессор, дополнительный вихревой охладитель и т.д. Для сжижения газа необходимо осуществление нескольких циклов охлаждения, что существенно увеличивает энергозатраты и время, необходимое для получения сжиженного газа.

В основу настоящего изобретения положено решение задачи упрощения, удешевления и повышения эффективности технологии получения сжиженного газа.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе сжижения природного газа, включающем его охлаждение путем расширения, природный газ перед охлаждением смешивают с парами жидкости или газом с молярной массой М≥40 кг/кмоль, причем пары жидкости или газ составляют 10-50 мас. % от общей массы получаемой смеси, после чего смесь разгоняют до скорости, превышающей скорость звука в ней.

Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию "новизна".

Настоящее изобретение базируется на новом принципе, который состоит в том, что благодаря добавке к природному газу газа (паров жидкости) с весьма большой молекулярной массой, более, чем в три раза превышающей молекулярную массу природного газа, энергия полученной газовой смеси при ее разгоне делится пропорционально молекулярным массам компонентов смеси. Поэтому при последующем охлаждении путем расширения большую часть энергии отбирает компонент с большей молекулярной массой, что обеспечивает эффективное охлаждение и сжижение легкого компонента (природного газа).

Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию "изобретательский уровень".

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема, поясняющая реализацию заявленного способа.

Из скважины в смеситель 1 под давлением свыше 300 атм поступает природный газ. Через патрубок 2 в смеситель вводят жидкость с молярной массой М≥50 кг/кмоль (в частности жидкую ртуть, тяжелое масло, сернистый ангидрид и т. д. ), которая ввиду сильного механического воздействия газа переходит в газообразное состояние и перемешивается с природным газом. Пары жидкости составляют от 10 до 50 мас.% от общей массы получаемой газовой смеси.

Затем открывают сопло 3, в данном примере - сверхзвуковое сопло Лаваля. Газовую смесь разгоняют до скорости, превышающей скорость звука в данной смеси. Это обеспечивается параметрами сопла 3, рассчитываемыми для каждого вида газовой смеси. На выходе из сопла 3 происходит адиабатическое расширение смеси, давление падает и, соответственно, падает температура смеси и происходит ее разделение, так как кинетическая энергия каждого компонента смеси пропорциональна его молекулярной массе. В примыкающей к соплу 3 части камеры 4 конденсируется жидкий природный газ, который по магистрали 5 поступает в приемную емкость (на схеме не показана), а пары ртути конденсируются и по магистрали 6 возвращаются в смеситель.

Пример 1.

Природный газ (метан) смешивался с парами ртути (М=201 кг/кмоль), которые составили 14,8 мас.% от общей массы газовой смеси. Исходное давление смеси 102,4 атм, исходная температура 20^oС. Давление на выходе сопла составило 1 атм, метан перешел в жидкое состояние при температуре -161^oС.

Пример 2.

Метан смешивался с углекислым газом (М=44 кг/кмоль) в соотношении 50:50 мас. %. Давление на выходе сопла составило 10 атм, метан перешел в жидкое состояние при температуре -121^oС.

Для реализации способа использовано доступное промышленное оборудование, что обусловливает соответствие изобретения критерию "промышленная применимость".

Способ сжижения природного газа включает его охлаждение путем расширения. Природный газ перед охлаждением смешивают с парами жидкости или газом с молярной массой М≥40 кг/моль. Пары жидкости или газ составляют 10-50 мас.% от общей массы получаемой смеси. Далее смесь разгоняют до скорости, превышающей скорость звука в ней. Использование изобретения позволит упростить и удешевить технологию получения сжиженного газа, повысить ее эффективность. 1 ил.

Способ сжижения природного газа, включающий его охлаждение путем расширения, отличающийся тем, что природный газ перед охлаждением смешивают с парами жидкости или газом с молярной массой М≥40 кг/кмоль, причем пары жидкости или газ составляют 10-50 мас. % от общей массы получаемой смеси, после чего смесь разгоняют до скорости, превышающей скорость звука в ней.