СПОСОБ ОЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2004 года по МПК F25J1/00 F25B9/04 

Настоящее изобретение относится к области криогенной техники, а именно к технике и технологии сжижения природного газа.

Для производства сжиженного природного газа предложены и в промышленном масштабе успешно применяются технологические процессы, основанные на рекуперативном дроссельном цикле сжижения газа высокого давления (Р≥15,0-20,0 МПа), в том числе с использованием вспомогательных холодильных контуров [1, 2]. При простоте технического построения основным недостатком их практической реализации является высокая величина удельных энергозатрат на производство единицы товарной продукции, которая изменяется в пределах 0,9-2,0 кВт·ч/кг.

Наиболее близким аналогом предлагаемого изобретения является рекуперативный дроссельный цикл ожирения газа высокого давления на автогазонаполнительной компрессорной станции с использованием вспомогательного холодильного контура на основе фреоновой холодильной установки [3] - способ-прототип.

В описываемом способе газ высокого давления 15<Р<20 МПа перед дросселированием и сепарационным отделением жидкой фазы, помимо рекуперативного охлаждения газом низкого давления, не сжижившимся в цикле, дополнительно охлаждают рабочим телом внешнего холодильного контура на базе фреоновой холодильной установки.

В результате снижения температуры газа до величины (-40)-(-45°)С производительность установки, функционирующей по этому способу, возрастает не менее чем в 3-3,5 раза против чисто дроссельного рекуперативного цикла ожирения.

Тем не менее, и в этом случае величина энергозатрат на производство сжиженного природного газа также велика и приближается к значениям 0,9-1 кВт·ч/кг.

Последнее связано с необходимостью потребления электроэнергии из сети для привода компрессоров холодильной установки, ее вспомогательных систем (масляные насосы, вентиляторы воздушного охлаждения конденсатора и т.д.).

Для исключения перечисленных дополнительных энергозатрат, применительно к установке производства сжиженного природного газа на автогазонаполнительной компрессорной станции, предлагается способ, в котором в качестве источника холодопроизводительности во внешнем холодильном контуре используется низкотемпературная составляющая подвергнутого энергоразделению в вихревой трубе сжатого газа с давлением 1<Р<7 МПа, отбираемого со входа газоредуцирующей станции магистрального газопровода.

При этом горячий и отработавший в цикле ожижения низкотемпературный потоки газа низкого давления, выходящие из вихревой трубы, объединяются и выводятся в магистраль низкого давления после газоредуцирующей станции, а несжижившийся в цикле ожижения газ вновь подается на вход автогазонаполнительной компрессорной станции. Подобная технология организации процесса ожижения - использование потенциальной энергии сжатого газа магистрального газопровода позволяет существенно, не менее чем в 1,3-1,5 раза, снизить величину энергозатрат на производство ожиженного природного газа.

Принципиальная технологическая схема реализации предлагаемого способа приведена на чертеже.

Газ низкого давления (0,3<Р<1,0 МПа) после газоредуцирующей станции магистрального газопровода (точка 0) поступает на автогазонаполнительную компрессорную станцию, где сжимается до давления 15<Р<20 МПа (точка 1).

Затем он охлаждается в рекуперативном предварительном теплообменнике А потоком несжижившегося газа низкого давления (точка 2), после чего его температура дополнительно снижается (точка 3) за счет теплообмена в рекуперативном теплообменнике Б с холодной составляющей (точка 10), подвергнутого энергоразделению в вихревой трубе газа среднего давления со входа газоредуцирующей станции магистрального трубопровода (точка 14).

Отдавший свой холод низкотемпературный поток газа от вихревой трубы (точка 12) соединяется с горячей составляющей потока газа, генерируемой вихревым энергоразделяющим устройством (точка 11) и выводится (точка 13) в магистраль низкого давления газоредуцирующей станции.

Окончательное охлаждение сжатого газа происходит в основном теплообменнике (точка 4) парами сжиженного природного газа (точка 7), после чего он дросселируется (точка 5) и разделяется на две составляющие - сжиженный природный газ (точка 6) и несжижившийся в цикле газ низкого давления (точка 7).

Последний, отдавая холод, последовательно нагревается в основном и одном из двух предварительных теплообменников - А (точки 8,9) и поступает на вход автогазонаполнительной компрессорной станции.

При этом горячий и отработавший в цикле ожижения для охлаждения газа высокого давления низкотемпературный потоки газа вихревой трубы объединяются и направляются в магистраль низкого давления газоредуцирующей станции.

Литература

1. Сердюков С.Г., Казаченков В.З., Ходорков И.Л. Вихрь сжижает метан. Холодильное дело, №2, 1996.

2. Патент РФ 2135913.

3. Ходорков И.Л. Первый в России типовой мини-завод по производству сжиженного природного газа на АГНКС. Холодильный бизнес, 2001, №4, с. 12-13.

Способ ожижения природного газа на автогазонаполнительной компрессорной станции основан на применении в процессе сжижения дроссельного цикла высокого давления со вспомогательным холодильным контуром. В качестве источника дополнительной холодопроизводительности во вспомогательном холодильном контуре используется вихревая труба, работающая на сжатом до давления 1-7 МПа газе, отбираемом со входа газоредуцирующей станции магистрального газопровода. Холодный поток газа вихревой трубы используется для доохлаждения сжижаемого газа высокого давления и после объединения с горячим потоком, идущим от вихревой трубы, выводится в сеть низкого давления после газоредуцирующей станции магистрального газопровода. Несжижившийся в цикле ожижения газ вновь направляется на вход автогазонаполнительной компрессорной станции. Использование изобретения позволит уменьшить энергозатраты. 1 ил.

Способ ожижения природного газа на автогазонаполнительной компрессорной станции, основанный на применении в процессе сжижения дроссельного цикла высокого давления со вспомогательным холодильным контуром, отличающийся тем, что в качестве источника дополнительной холодопроизводительности во вспомогательном холодильном контуре используется вихревая труба, работающая на сжатом до давления 1-7 МПа газе, отбираемом со входа газоредуцирующей станции магистрального газопровода, при этом холодный поток газа вихревой трубы используется для доохлаждения сжижаемого газа высокого давления и после объединения с горячим потоком, идущим от вихревой трубы, выводится в сеть низкого давления после газоредуцирующей станции магистрального газопровода, а несжиживщийся в цикле ожижения газ вновь направляется на вход автогазонаполнительной компрессорной станции.