СПОСОБ ДЛЯ ОЧИСТКИ ОТ КИСЛЫХ СОЕДИНЕНИЙ И СЖИЖЕНИЯ ГАЗООБРАЗНОГО ПОТОКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ Российский патент 2014 года по МПК F25J3/02 

Область техники, к которой относится изобретение

Настоящее изобретение относится к способу и устройству для очистки от кислых соединений и сжижения газообразного потока. В частности, настоящее изобретение относится к способу и устройству для удаления кислых соединений в сжиженном виде из газообразного потока, когда очищаемый от кислых соединений газообразный поток постепенно охлаждается до температуры сжижения.

Уровень техники

Прогнозируется, что мировые энергетические потребности будут увеличиваться почти на 3% в год в течение следующих 25 лет. Возрастающий спрос на использование легкого углеводородного газа, такого как метан, в качестве главного источника энергии привел к разработке месторождений природного газа, которые ранее рассматривались как экономически невыгодные, в том числе те, которые содержат значительные концентрации диоксида углерода. Кроме того, увеличивается доля источников углеводородного газа из угольных месторождений и при добыче полезных ископаемых в угольных пластах, источников попутного газа и антропогенных источников, таких как газ мусорных свалок и биогаз.

Хотя при сжигании углеводородного газа образуется значительно меньше выбросов диоксида углерода, чем от нефти или угля, для месторождений, содержащих высокие концентрации диоксида углерода, уменьшаются преимущества или они даже исчезают, если диоксид углерода, удаляемый в установках обработки газа до сжигания, выбрасывается в атмосферу вместо улавливания и хранения, например, в подземных геологических формациях.

Кроме того, также приводят к проблемам наличие воды и других соединений, таких как сероводород, меркаптаны и ртуть, которые также называются "кислыми" соединениями или загрязняющими веществами, находящимися в углеводородном газе, независимо от указанных выше источников. Вода и кислые загрязняющие вещества способствуют коррозии и образуют твердые вещества в обычных условиях, которые поддерживаются в технологических операциях и распределительных сетях.

Образование твердых веществ в системе трубопроводов или в оборудовании обычно является нежелательным, поскольку накопление указанных твердых веществ окончательно приводит к ухудшению эксплуатационных характеристик и может быстро привести к полной закупорке, разрушению или другому повреждению. По причинам безопасности и эксплуатации необходимо снизить концентрации воды и кислых загрязняющих веществ до приемлемого уровня.

Кроме того, необходимо удовлетворять правовым или коммерческим требованиям, относительно максимально допустимых концентраций кислых загрязняющих веществ в потоке продукции - углеводородного газа.

Соответственно, в используемых в настоящее время способах сжижения углеводородного газа, газообразное сырье сначала обрабатывают, чтобы снизить содержание диоксида углерода приблизительно до 50-200 ppm и удалить другие кислые вещества. Обычно в процессе предварительной обработки используется химический растворитель (амин), но также может быть использован физический растворитель или способ с сочетанием мембраны и растворителя.

Затем предварительно обработанный газ обезвоживают, обычно с помощью молекулярного сита, до поступления в качестве сырья на установку сжижения, где обезвоженный очищенный от кислых соединений газ охлаждается до температуры, при которой легкие углеводороды, в частности метан, конденсируются, обычно до температуры около -160°С. Для газообразного сырья с относительно высоким содержанием диоксида углерода, капитальные и энергетические затраты для удаления диоксида углерода приблизительно до 50-200 ppm с использованием указанных выше традиционных технологий являются высокими, причем требуется развитая инфраструктура инженерных сетей, и таким образом, усиливает экологический отпечаток установки сжижения.

В патенте США №5956971 описан способ получения сжиженного природного газа под давлением (СПГД), в котором сырьевой поток природного газа содержит кислые соединения, такие как CO₂, H₂S, или любые другие соединения, которые обладают способностью к образованию твердых веществ при криогенных температурах, которые необходимы для конденсации метана. В этом способе, в системе разделения, содержащей регулируемую зону вымораживания ("РВ2"), образуется паровой поток, обогащенный метаном, и жидкий поток, обогащенный вымораживаемым компонентом. Затем паровой поток охлаждается до температуры приблизительно выше -112°С под давлением, достаточным для получения потока сжатого сжиженного природного газа. При более высокой рабочей температуре в указанном способе можно получить СПГД с довольно высоким содержанием СО₂, приблизительно 1.4 мол.% CO₂ при температуре -112°С и около 4,2% при -95°С, причем в отсутствии проблем замерзания в процессе сжижения.

Существует постоянная потребность в усовершенствовании способа сжижения природного газа, который содержит кислые вещества в концентрации, при которой возможно замерзание в процессе сжижения, который может быть согласован с традиционными условиями эксплуатации имеющихся установок сжижения природного газа, в котором концентрация кислых соединений, таких как СО₂, снижается до уровня меньше чем 50 ppm.

Настоящее изобретение выполнено с целью преодоления, по меньшей мере, некоторых из указанных выше недостатков.

Раскрытие изобретения

В самом широком замысле, в изобретении разработан способ и устройство для сжижения газообразного потока, загрязненного кислыми соединениями, в котором кислые соединения удаляются из газообразного потока в сжиженном виде, когда газообразный поток постепенно охлаждается до температуры сжижения.

Соответственно, в первом аспекте настоящего изобретения разработан способ сжижения газообразного потока, содержащего углеводороды и кислые соединения, включающий следующие стадии:

a) охлаждение газообразного потока таким образом, чтобы получить охлажденный газообразный поток, который содержит газообразные углеводороды и остаточные кислые соединения;

b) обработка охлажденного газообразного потока растворителем с целью снижения содержания остаточных кислых соединений в охлажденном газообразном потоке, и таким образом, получение охлажденного газообразного потока, очищенного от кислых соединений; и

c) охлаждение охлажденного газообразного потока, очищенного от кислых соединений, с целью получения жидких углеводородов.

Признак "остаточные кислые соединения", используемый в изобретении, относится к остаточной концентрации кислых веществ, остающихся в паровой фазе, в соответствии с которой, при дальнейшем охлаждении в условиях осуществления способа, невозможно существенное превращение кислых веществ в твердую и/или жидкую фазу. Например, когда кислое соединение представляет собой диоксид углерода, остаточная концентрация диоксида углерода может составлять около 2-4%.

Можно признать, что газообразный поток должен быть обезвожен в достаточной степени, чтобы снизить содержание воды до весьма низкой концентрации, подходящей для производства сжиженного природного газа (СПГ), в частности до концентрации 1 ppm по объему или ниже, и предпочтительно меньше чем 0,1 ppm по объему. Пример подходящего способа обезвоживания включает в себя адсорбцию воды из газообразного потока под действием поглотителей влаги, например, таких как молекулярные сита или силикагель. В качестве альтернативы возможно обезвоживание путем адсорбции с использованием гликоля или метанола, или других подходящих способов обезвоживания, известных из уровня техники.

В одном варианте осуществления изобретения, на стадии а) охлаждение проводят таким образом, в соответствии с которым газообразный поток охлаждается до первой температуры, чтобы получить смесь твердых и/или жидких кислых веществ и пара, который содержит газообразные углеводороды и остаточные кислые соединения. Твердые и/или жидкие кислые вещества выделяют из смеси и, таким образом, получают охлажденный газообразный поток.

В одном варианте изобретения, на стадии а) охлаждение проводится при первом наборе условий температуры и давления, в которых кислые вещества затвердевают и/или образуется конденсат, содержащий кислые вещества. Можно признать, что указанный первый набор условий температуры и давления будет изменяться в соответствии с составом газообразного потока. В одном варианте осуществления изобретения, первая температура устанавливается в точке (или немного ниже этой температуры), в которой кислые вещества затвердевают и/или конденсируются.

В альтернативном варианте осуществления изобретения, в частности в случае, когда концентрация кислых веществ в газообразном потоке может рассматриваться как практически остаточная, как, например, для газа в трубопроводе, газообразный поток охлаждается на стадии а) до первой температуры, при которой замораживаемые углеводородные вещества могут конденсироваться. В одном варианте изобретения конденсированные углеводородные вещества выделяются из смеси, и таким образом, образуется охлажденный газообразный поток.

Дополнительно и/или альтернативно, газообразный поток может быть охлажден на стадии а) до первой температуры, при которой оптимизируется растворимость остаточных кислых соединений в растворителе, используемом на стадии b).

В одном варианте осуществления изобретения, на стадии b) обработка охлажденного газообразного потока растворителем включает в себя контактирование охлажденного газообразного потока с растворителем, в котором кислые вещества растворяются лучше, чем газообразные углеводороды.

В одном варианте осуществления изобретения, стадия b) проводится в температурных условиях, близких или равных первой температуре. Авторы изобретения установили, что обработка охлажденного газообразного потока растворителем при температуре, близкой или равной первой температуре, выгодно увеличивает абсорбцию кислых веществ в растворителе, что приводит к весьма низкой концентрации кислых веществ, например, такой как <50 ppm CO₂, в охлажденном газообразном потоке, очищенном от кислых соединений.

Таким образом, хотя первая температура на стадии а) определяется, главным образом, температурой, при которой конденсируются кислые вещества, в случаях, когда концентрация кислых веществ в газообразном потоке может рассматриваться как практически остаточная, можно признать, что первая температура, до которой охлаждается газообразный поток, также определяется из условия баланса между растворимостью кислых веществ в растворителе, используемом на стадии b), степенью совместной абсорбции углеводородов в растворителе, используемом на стадии b), и общими требованиями способа к замораживанию.

В одном варианте осуществления, на стадии с), охлаждение проводится при втором наборе условий температуры и давления, в которых конденсируются углеводороды в охлажденном газообразном потоке, в частности метан. Можно признать, что параметры температуры и давления второго набора будут изменяться в соответствии с составом оставшихся газообразных углеводородов в охлажденном газообразном потоке.

В одном варианте изобретения, на стадии а) и/или стадии с) охлаждение газообразного потока включает в себя расширение газообразного потока на одной или нескольких стадиях расширения. В альтернативном варианте изобретения, на стадии а) и/или стадии с) охлаждение газообразного потока включает в себя осуществление косвенного теплообмена с одним или несколькими охлаждающими потоками. Подходящими охлаждающими потоками могут быть технологические потоки с температурой ниже, чем температура газообразного потока или потоки внешнего хладагента. В другом альтернативном варианте, на стадии а) и/или стадии с) охлаждение газообразного потока включает в себя осуществление непосредственного теплообмена охлаждающим потоком. В предпочтительном варианте изобретения, на стадии а) и/или стадии с) охлаждение газообразного потока включает в себя одну или несколько стадий теплообмена и/или расширения.

В другом варианте осуществления изобретения, твердые и/или жидкие кислые вещества выделяются из смеси под действием сил гравитации, центрифугирования или другими подходящими средствами разделения.

В некоторых вариантах способ дополнительно включает стадию удаления твердых кислых веществ, предпочтительно путем нагревания и плавления твердых кислых веществ, в результате чего образуется жидкость, обогащенная кислыми веществами. Такое устройство описано в документе WO 2007/030888. Получающиеся жидкие кислые вещества могут быть последовательно удалены и направляются в другие части установки. Например, холодный поток жидкого диоксида углерода может быть использован в качестве одного из технологических потоков для того, чтобы охладить газообразный поток на стадии а) за счет косвенного теплообмена.

В одном варианте осуществления способ включает в себя нагревание твердых кислых веществ до температуры, равной или немного выше точки плавления твердых кислых веществ.

В дополнительном варианте осуществления изобретения, до проведения стадии а) способ дополнительно включает в себя стадию охлаждения газообразного потока таким образом, чтобы получить жидкий поток диоксида углерода, этана и углеводородов С3+, и газообразного потока, имеющего пониженную концентрацию диоксида углерода. В другом дополнительном варианте осуществления изобретения, до проведения стадии а) способ дополнительно включает в себя стадию охлаждения газообразного потока при таком наборе условий температуры и давления, который способствуют получению жидких углеводородов С3+ и газообразного потока с пониженным содержанием углеводородов С3+, и разделение жидких углеводородов С3+ и газообразного потока с пониженным содержанием углеводородов С3+, например, как описано в документе WO 2008/095258. Затем газообразный поток, имеющий пониженную концентрацию диоксида углерода, или газообразный поток с пониженным содержанием углеводородов С3+, охлаждается до первой температуры, чтобы получить смесь твердых и/или жидких кислых веществ и пара, содержащего газообразные углеводороды и остаточные кислые соединения, как указано выше.

Во втором замысле настоящего изобретения предусмотрено устройство сжижения газа для сжижения газообразного потока, содержащего углеводороды и кислые вещества, которое содержит:

- первую охлаждающую зону для охлаждения газообразного потока таким образом, чтобы получить охлажденный газообразный поток, содержащий газообразные углеводороды и остаточные кислые соединения, причем первая охлаждающая зона соединена по текучей среде с источником газа, содержащего углеводороды и кислые вещества;

- сепаратор для отделения твердых и/или жидких веществ из охлажденного газообразного потока;

- резервуар, выполненный с возможностью обработки охлажденного газообразного потока растворителем для того, чтобы снизить содержание остаточных кислых соединений в охлажденном газообразном потоке, и таким образом, получить охлажденный газообразный поток, очищенный от кислых соединений; и

- вторую охлаждающую зону, соединенную по текучей среде с резервуаром, которая выполнена с возможностью принимать и охлаждать охлажденный газообразный поток, очищенный от кислых соединений, до второй температуры с целью получения жидких углеводородов.

В одном варианте осуществления первая охлаждающая зона и вторая охлаждающая зона соответственно включают одно или несколько средств охлаждения газообразного потока. В одном варианте изобретения указанное средство охлаждения представляет собой расширитель газа. Подходящие примеры расширителей газа включают (но не ограничиваются) дроссель Джоуля-Томсона, диафрагму или трубку Вентури, турбодетандер, или турбодетандер в последовательной комбинации с дросселем Джоуля-Томсона. Можно признать, что расширитель газа может определять входной канал резервуара для охлаждения газообразного потока или входной канал сепаратора. Аналогично, можно признать, что сепаратор может выполнять дополнительную функцию охлаждающего резервуара, в котором газообразный поток охлаждается до первой температуры.

В другом варианте изобретения указанное средство охлаждения представляет собой теплообменник, имеющий конфигурацию, которая способствует косвенному теплообмену с одним или несколькими охлаждающими потоками. Подходящие примеры указанных теплообменников включают (но не ограничиваются) теплообменник пластинчатого и оребренного типа, теплообменник типа труба в трубе, охлаждающий змеевик, или спиральный пучок труб. Можно признать, что охлаждающими потоками могут быть технологические потоки, полученные выше или ниже теплообменника по ходу потока, или внешний поток хладагента, соединенный по текучей среде с внешней охлаждающей системой. Конкретные примеры внешних охлаждающих систем включают в себя каскадные охлаждающие системы, отдельные смешанные системы хладагента, двойные смешанные системы хладагента, аммиачные абсорбционные холодильники и тому подобное.

В другом варианте изобретения указанное средство охлаждения имеет конфигурацию, которая способствует непосредственному теплообмену с охлаждающим потоком.

В предпочтительном варианте изобретения, первая и вторая охлаждающие зоны соответственно содержат один или несколько теплообменников и/или расширителей газа.

В одном варианте осуществления изобретения резервуар, предназначенный для обработки охлажденного газообразного потока растворителем, представляет собой абсорбционную колонну.

В следующем варианте осуществления изобретения устройство дополнительно содержит средство для нагревания твердых кислых веществ до температуры, равной (или немного выше) температуре плавления твердых кислых веществ. В одном варианте изобретения, указанное средство нагревания представляет собой нагреватель, в частности погружной нагреватель.

В зависимости от состава газа первая охлаждающая зона может дополнительно содержать ректификационную колонну, выполненную с возможностью эксплуатации в третьем наборе условий температуры и давления для того, чтобы получать жидкий поток диоксида углерода, этана и углеводородов С3+ и газообразного потока, имеющего пониженную концентрацию диоксида углерода. В другом варианте изобретения, ректификационная колонна может эксплуатироваться при дополнительном наборе условий температуры и давления, приспособленном для получения жидких углеводородов С3+ и газообразного потока с пониженным содержанием углеводородов С3+. Следовательно, ректификационная колонна приспособлена для осуществления массового удаления диоксида углерода и/или извлечения ценных жидких углеводородов С3+ (то есть газоконденсатной жидкости (NGL)).

В дополнительном варианте изобретения жидкость, полученная из ректификационной колонны, может быть направлена в дополнительные ректификационные колонны, эксплуатируемые в таких условиях температуры и давления, чтобы получить компоненты сжиженного нефтяного газа (СНГ), более тяжелые жидкие углеводороды С5+ и/или поток, обогащенный диоксидом углерода, как описано в документе WO 2009/095258.

В системах уровня техники диоксид углерода обычно удаляется из газообразного потока, до операции сжижения путем пропускания потока через установку абсорбции амином, с последующим выпариванием диоксида углерода из установки абсорбции амином и выбросом в атмосферу. Альтернативно, газообразный диоксид углерода может быть сжижен с использованием дорогостоящих процессов сжатия. Значительное число потенциальных газовых месторождений не рассматриваются как экономически целесообразные, поскольку содержание диоксида углерода в сырьевом потоке природного газа в устье скважины считается слишком высоким для экономичной переработки и удаления.

Настоящее изобретение основано на понимании того, что возможно извлечение жидкого диоксида углерода из газообразного потока, содержащего углеводороды и кислые вещества в процессе сжижения газа. Затем жидкий диоксид углерода можно перекачивать и подвергать захоронению при относительно небольших дополнительных энергозатратах, в отличие от выброса диоксида углерода в атмосферу.

Таким образом, в третьем аспекте настоящего изобретения разработан способ извлечения жидкого диоксида углерода из газообразного потока, содержащего углеводороды и диоксид углерода в процессе сжижения углеводородов, включающий следующие стадии:

a) охлаждение газообразного потока до первой температуры, чтобы получить смесь твердого и/или жидкого диоксида углерода и пара, содержащего газообразные углеводороды;

b) выделение твердого и/или жидкого диоксида углерода из смеси, чтобы таким образом получить охлажденный газообразный поток, который содержит газообразные углеводороды и остаточный диоксид углерода;

c) нагревание выделенного твердого диоксида углерода и получение жидкого диоксида углерода;

d) обработка охлажденного газообразного потока растворителем для того, чтобы снизить содержание остаточного диоксида углерода в охлажденном газообразном потоке и таким образом получить охлажденный газообразный поток, очищенный от кислых соединений; и

e) охлаждение охлажденного газообразного потока до второй температуры для того, чтобы получить сжиженные углеводороды.

Извлечение жидкого диоксида углерода в виде, удобном для хранения и/или захоронения с использованием указанного выше способа, способствует относительному снижению выбросов парниковых газов по сравнению со способами сжижения согласно уровню техники, в которых диоксид углерода, содержащийся в газообразном потоке, выбрасывался бы в атмосферу.

Согласно четвертому аспекту изобретения разработан способ создания финансового инструмента в рыночной Схеме торговли квотами выбросов (ETS) парниковых газов, при этом способ включает в себя осуществление способа сжижения газообразного потока, который определен в первом аспекте изобретения.

В пятом аспекте изобретения разработан способ создания финансового инструмента в рыночной Схеме торговли квотами выбросов (ETS) парниковых газов, при этом способ включает в себя эксплуатацию установки сжижения газа, которая определена во втором аспекте изобретения.

В шестом аспекте изобретения разработан способ создания финансового инструмента в рыночной Схеме торговли квотами выбросов (ETS) парниковых газов, при этом способ включает в себя осуществление способа извлечения диоксида углерода из газообразного потока, который содержит углеводороды и диоксид углерода в ходе сжижения, как определено в третьем аспекте изобретения.

В одном варианте осуществления изобретения, указанный финансовый инструмент включает в себя один из документов: кредит на выброс, или компенсация за удаление диоксида углерода, или сертификат возобновляемого источника энергии.

Краткое описание чертежей

Теперь будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения только с помощью примеров, со ссылкой на сопроводительные чертежи, где:

на фиг.1 показана схема технологического процесса согласно одному варианту настоящего изобретения, в соответствии с которым каскадная охлаждающая система для сжижения природного газа объединена с узлом удаления кислых веществ из газообразного потока; и

на фиг.2 показана схема технологического процесса в соответствии с другим вариантом настоящего изобретения, в котором состоящая из двух смешанных хладагентов система для сжижения природного газа объединена с узлом удаления кислых веществ из газообразного потока.

Описание предпочтительных вариантов осуществления изобретения

При описании фигур сделана ссылка на поток природного газа в качестве примера газообразного потока, который можно обрабатывать в способе согласно изобретению. Однако можно признать, что газообразный поток может быть любым потоком газа, который содержит углеводороды и кислые вещества. Иллюстративные примеры таких газообразных потоков включают (но не ограничиваются указанным) природный газ, газ угольных пластов, попутный газ, газ из органических отходов и биогаз. Состав газообразного потока может значительно изменяться, однако газообразный поток, главным образом, будет содержать метан, этан, высшие углеводороды (С3+), воду и кислые вещества. Термин "кислые вещества" означает любой один (или несколько) из числа: диоксид углерода, сероводород, сероуглерод, карбонилсульфид, меркаптаны (R-SH, где R представляет собой алкильную группу, содержащую от одного до 20 атомов углерода), диоксид серы, ароматические соединения, содержащие серу, и ароматические углеводороды, такие как бензол, толуол, ксилол, нафталины и тому подобное.

Обратимся к фиг.1, где согласно различным аспектам настоящего изобретения, показана установка 10 сжижения газа для проведения способа настоящего изобретения, в котором для охлаждения используется каскадная охлаждающая система. В этом варианте осуществления каскадная охлаждающая система включает в себя первый холодильный контур 200, второй холодильный контур 300 и третий холодильный контур 400. Предпочтительным хладагентом в первом холодильном контуре 200 является пропан. Предпочтительным хладагентом во втором холодильном контуре 300 является этилен или этан, наиболее предпочтительно этилен. Предпочтительным хладагентом для третьего холодильного контура 400 является метан, который может содержать в небольшой концентрации азот и другие легкие углеводороды.

Сырьевой газообразный поток вводится в установку 10 по трубопроводу 1 в теплообменник 14, где газообразный поток охлаждается до температуры немного выше температуры, при которой образуются гидраты углеводородов (обычно около 20°С). Вода будет конденсироваться, и, в зависимости от состава газообразного потока, легкий углеводородный конденсат также может образоваться в теплообменнике 14. Охлаждение в теплообменнике 14 осуществляется за счет косвенного теплообмена с пропановым хладагентом из первого холодильного контура 200. Газообразный поток проходит по трубопроводу 2 в сепаратор 16 для того, чтобы удалить любые конденсированные жидкие углеводороды, например С5+, и воду, которая может образоваться и в последующем направляется по трубопроводу 3 в дегидратирующую установку 18, где поток обезвоживается.

Газообразный поток может быть обезвожен с использованием любого подходящего способа обезвоживания, в котором содержание воды может быть снижено до весьма низкой концентрации, подходящей для производства СПГ, в частности до объемной концентрации 1 ppm или меньше, и предпочтительно меньше, чем 0,1 ppm по объему. Подходящий способ обезвоживания включает в себя адсорбцию воды из газообразного потока молекулярными ситами или силикагелем.

После обезвоживания газообразный поток поступает из дегидратирующей установки 18 по трубопроводу 4 в теплообменник 20, в котором газообразный поток дополнительно охлаждается. Охлаждение осуществляется за счет косвенного теплообмена с охлажденным потоком жидких кислых веществ и пропановым хладагентом из первого холодильного контура 200.

Затем газообразный поток проходит по трубопроводу 5 в пучок труб теплообменника 22 для косвенного теплообмена с суспензией твердых кислых веществ в жидких кислых веществах, где поток дополнительно охлаждается. Газообразный поток проходит по трубопроводу 6 в клапан 24, где давление сбрасывается до давления ниже критического давления газа, и поступает в ректификационную колонну 26, в которой из газообразного потока выделяется конденсат, содержащий, главным образом, углеводороды С3 и С4 углеводороды и более тяжелые углеводороды. Кроме того, полученный конденсатный поток может содержать диоксид углерода и этан. Затем конденсат направляется по трубопроводу 7 в стабилизатор конденсата или другие ректификационные колонны (не показаны) для дополнительной обработки с целью извлечения других товарных продуктов - высших углеводородов.

Эксплуатационный режим ректификационной колонны 26 определяется в соответствии с составом газообразного потока, в частности содержанием кислых веществ в потоке. Например, при газообразном потоке, который содержит меньше, чем приблизительно 15% диоксида углерода, эксплуатационный режим ректификационной колонны 20 выбирают таким образом, чтобы обеспечить конденсацию практически всех углеводородных компонентов, которые могли бы затвердеть в условиях температуры и давления, при которых конденсируется метан, так что указанные выше углеводородные компоненты удаляются из газообразного потока. Обычно для этого требуются условия температуры приблизительно -15°С во входном патрубке ректификационной колонны 26 и приблизительно от -30°С до -40°С на выходе из оросительного конденсатора наверху ректификационной колонны 26, при рабочем избыточном давлении приблизительно 55-60 бар.

Альтернативно, при газообразном потоке, содержащем более 15% диоксида углерода, эксплуатационный режим ректификационной колонны 26 подбирают, главным образом, с целью снижения концентрации диоксида углерода в газообразном потоке до уровня меньше, чем 15%. Кроме того, эксплуатационный режим подбирают таким образом, чтобы обеспечить минимальную конденсацию метана. Обычно для этого требуются условия температуры приблизительно от -35°С до -45°С во входном патрубке ректификационной колонны 26 и приблизительно от - 55°С до -60°С на выходе из оросительного конденсатора наверху ректификационной колонны 26, при рабочем избыточном давлении приблизительно 55-60 бар.

Следует признать, что в этом эксплуатационном режиме также происходит сопутствующая конденсация практически всех углеводородных соединений, которые могли бы отвердевать при типичной температуре сжижения метана.

Газообразный поток, выходящий сверху ректификационной колонны 26, направляется по трубопроводу 8 в теплообменник 28 для того, чтобы охладить газообразный поток до температуры, в минимальной степени больше, чем температура, при которой происходит затвердевание кислых веществ в газообразном потоке. Обычно газообразный поток охлаждается до температуры в диапазоне приблизительно от -65°С до -70°С. Охлаждение в теплообменнике 28 может быть осуществлено за счет косвенного теплообмена с технологическими потоками, произведенными после установки 10, например, такими как потоки сжиженных углеводородов или хладагента из внешних охлаждающих систем. В этом конкретном варианте осуществления охлаждающим потоком является этиленовый хладагент из второго холодильного контура 300.

Затем газообразный поток по трубопроводу 9 поступает во входной патрубок 30 разделяющего резервуара 32. Газообразный поток расширяется с использованием дросселя Джоуля-Томсона или другого подходящего средства расширения, такого как турбодетандер, чтобы дополнительно охладить поток, когда он поступает в резервуар 32. В одном варианте осуществления, газообразный поток расширяется с использованием турбодетандера, в последовательной комбинации с дросселем Джоуля-Томсона. В другом варианте изобретения, дроссель Джоуля-Томсона может представлять собой входной канал 30 резервуара 32.

Процесс расширения газообразного потока при его введении в резервуар 32 регулируется таким образом, чтобы внутри резервуара 32 установились такие условия температуры и давления, при которых кислые вещества, содержащиеся в газообразном потоке, затвердевали и/или сжижались. Обычно в процессе расширения газообразный поток, поступающий в резервуар 32 через входной патрубок 30, охлаждается приблизительно до температуры от -80 до -95°С при типичном давлении в диапазоне от 15 до 25 бар.

При описанном выше охлаждении газообразного потока также возможно образование небольшого количества жидкого конденсата NGL в условиях температуры и давления, имеющихся в резервуаре 32.

Твердые кислые вещества и жидкий конденсат перемещаются в нижнюю часть резервуара 32 за счет гравитационного разделения, и таким образом, образуется суспензия сжиженного природного газа и твердых и/или жидких кислых веществ. В других вариантах осуществления разделение может быть осуществлено или усилено за счет использования центробежной силы или устройства входного канала, предназначенного для облегчения слияния капель или агломерации твердых частиц.

Затем суспензия твердых кислых веществ нагревается до температуры, которая, по меньшей мере, чуть выше температуры плавления твердых кислых веществ, чтобы перевести твердые кислые вещества в жидкую фазу в нижней части резервуара 32 и получить жидкий поток, обогащенный кислыми веществами. Природа и концентрация кислых веществ в жидкой фазе сильно зависит от состава газообразного потока. Например, типичная концентрация диоксида углерода в жидкой фазе составляет более 70%. Обычно в резервуаре 32 предусмотрен погружной нагреватель, который нагревает суспензию до температуры, которая минимально выше, чем температура плавления твердых кислых веществ. В этом конкретном варианте осуществления, погружной нагреватель включает в себя змеевик 22 теплообменника, в котором газообразный поток охлаждается, нагревая суспензию. В небольших устройствах погружной нагреватель может быть электрическим погружным нагревателем.

Жидкий поток, обогащенный кислыми веществами, удаляется из резервуара 32 через патрубок 11. В технологических условиях, когда жидкий поток обогащен жидким диоксидом углерода, этот жидкий поток может непосредственно закачиваться в место захоронения жидкого диоксида углерода или размещается для розничной продажи. До захоронения или хранения, жидкий поток, обогащенный кислыми веществами, может быть использован в качестве охлаждающего потока в одном или нескольких теплообменниках установки 10 с целью сбережения энергии внутри установки 10. В этом конкретном варианте осуществления жидкий поток, обогащенный кислыми веществами, используется в качестве охлаждающего потока в теплообменнике 20.

Газообразный поток, покидающий резервуар 32, содержит остаточные кислые соединения и направляется в 38 зону сольватации. Указанная зона 38 сольватации может быть расположена в верхней части резервуара 32, как показано на фиг.1. Охлажденный, частично очищенный от кислых соединений газообразный поток может направляться в зону 38 сольватации резервуара 32 через дымовую заслонку 40 или обратный клапан.

В другом варианте осуществления (не показан) зона 38 сольватации расположена снаружи резервуара 32, причем между резервуаром 32 и зоной 38 сольватации имеется соединяющий их по текучей среде трубопровод для направления охлажденного, частично очищенного от кислых соединений газообразного потока. В другом варианте осуществления зона сольватации 38 может содержать абсорбционную колонну.

Зона 38 сольватации, независимо от ее расположения внутри или снаружи разделяющего резервуара 32, имеет конфигурацию, обеспечивающую эксплуатацию в условиях температуры, близкой или равной температуре, при которой газообразный поток охлаждается в разделяющем резервуаре 32. Следует отметить, что абсорбция кислых веществ, в частности диоксида углерода, в растворителе обычно увеличивается с понижением рабочей температуры. Таким образом, указанный фактор является движущей силой для минимизации рабочей температуры в зоне сольватации, так как это приводит к ослаблению требований к циркуляции растворителя и его регенерации. Следовательно, когда абсорбционную колонну используют в качестве зоны 38 сольватации, то абсорбционная колонна непосредственно соединяется с разделяющим резервуаром 32, причем эксплуатационная температура равна (или близка) первой температуре в разделяющем резервуаре 32.

Кроме того, эксплуатационную температуру в зоне 38 сольватации подбирают с учетом конкуренции с абсорбцией метана в растворителе и общих требований к замораживанию, которые усиливаются при понижении температуры. Поэтому температуру в зоне 38 сольватации подбирают таким образом, чтобы обеспечить достаточную абсорбцию кислых веществ, в частности диоксида углерода, с целью соответствия требованиям технических условий для сжижения метана (например, <50 ppm CO₂) и при этом минимизировать совместную абсорбцию метана, циркуляцию растворителя, и требования к замораживанию и потреблению энергии.

Зона 38 сольватации имеет такую конфигурацию, чтобы оптимизировать область контакта между охлажденным жидким растворителем и охлажденным, частично очищенным от кислых соединений, газообразным потоком. В одном варианте осуществления изобретения, в зоне 38 сольватации предусмотрено устройство 42 перемешивания жидкости с газом. Подходящие примеры устройства 42 перемешивания жидкости с газом включают (но не ограничиваются указанным), множество тарелок или структурированной насадки, расположенной в зоне 38 сольватации резервуара 32.

Охлажденный жидкий растворитель вводится в зону 38 сольватации резервуара 32 через входной патрубок 44, расположенный выше устройства перемешивания жидкости с газом. В этом конкретном варианте осуществления входной патрубок 44 представляет собой распределительное устройство, предназначенное для равномерной подачи жидкого растворителя в устройство перемешивания жидкости с газом, такое как разделительная ячейка и лотковые приспособления, трубки для просачивающейся жидкости и/или распределительные устройства с отводящим трубопроводом.

Охлажденный жидкий растворитель выбирают таким образом, чтобы он смешивался и сольватировал газообразные кислые вещества в газообразном потоке, частично очищенном от кислых соединений, с образованием жидкого раствора газообразных кислых веществ. Подходящие примеры охлажденных жидких растворителей согласно настоящему изобретению включают (но не ограничиваются) NGL конденсат, который содержит смесь углеводородных компонентов С2, сжиженного нефтяного газа, С3, С4 и С5+, или один, или несколько других растворителей, в том числе метанол, этанол, диметилсульфоксид, ионные жидкости, включая соли имидазолиния, четвертичного аммония, пирролидиния, пиридиния, или тетраалкилфосфония. Например, охлажденный газообразный поток может быть обработан метанолом, охлажденным приблизительно до -90°С, чтобы абсорбировать любые остаточные кислые соединения.

Таким образом, охлажденный частично очищенный от кислых соединений газообразный поток очищается от кислых соединений до концентрации диоксида углерода 50-200 ppm, и таким образом, получается охлажденный газообразный поток, очищенный от кислых соединений, и подходящий для проведения дополнительного охлаждения для того, чтобы сконденсировать легкие углеводороды, в частности метан. Охлажденный газообразный поток, очищенный от кислых соединений, удаляется из зоны 38 сольватации через выходной патрубок 46 по трубопроводу 11, и направляется во вторую охлаждающую зону 48, содержащую один или несколько теплообменников, где охлажденный газообразный поток, очищенный от кислых соединений, охлаждается до температуры, равной или ниже температуры, при которой конденсируются углеводороды в газообразном потоке. Предпочтительно охлажденный газообразный поток, очищенный от кислых соединений, охлаждается до температуры ниже точки кипения метана, например, до температуры приблизительно между -140°С и -150°С. В этом конкретном варианте осуществления вторая охлаждающая зона 48 сольватации включает в себя теплообменник, где охлаждение обеспечивается за счет потока метанового хладагента из третьего холодильного контура 400.

С целью хранения сжиженный поток может дополнительно расширяться в детандере 50 и охлаждаться приблизительно до -162°С при атмосферном давлении. В альтернативном варианте осуществления сжиженный поток можно хранить при слегка повышенном давлении (например, около 5 бар) и такой же температуре, как при хранении СПГ под давлением (СПГД).

Можно признать, что если способ настоящего изобретения модифицирован с целью производства жидких углеводородов под давлением, таких как СПГД, то допустимое содержание примесей в газообразном потоке (и конечно содержание СО₂) может быть выше, так как в СПГ под давлением может удерживаться больше кислых веществ, в частности СО₂, без вымораживания указанных примесей, которое имеет место в условиях температуры и давления, когда происходит сжижение метана.

Обогащенный растворитель, или другими словами, отработанный растворитель, который содержит поглощенные кислые вещества, извлекается из зоны 38 сольватации и регенерируется в отпарной колонне 52, чтобы получить тощий растворитель, а также свежеприготовленный растворитель. Тощий растворитель, объединенный со свежеприготовленным растворителем, охлаждается в теплообменнике 54 и закачивается во входной патрубок 44 устройства 42 перемешивания жидкости с газом. Пары кислых веществ, образовавшиеся в отпарной колонне, могут быть сжаты и охлаждены для того, чтобы получить кислую жидкость, которая может быть объединена с кислой жидкостью, образовавшейся в колонне 32, чтобы затем сбрасывать (не показано).

Обратимся к фиг.1, где показана конфигурация и эксплуатация первого холодильного контура 200, имеющего хладагент с самой высокой температурой кипения среди трех холодильных контуров 200, 300, 400, используемых в настоящем изобретении, такой как пропан.

Паровой поток 202 пропанового хладагента охлаждается и конденсируется в холодильнике 204 с воздушным охлаждением и направляется как поток 202 в устройство 206 снижения давления, например, дроссель Джоуля-Томсона, где расширяется до пониженного давления, таким образом, происходит мгновенное испарение части потока пропанового хладагента и снижение его температуры. Образовавшийся двухфазный поток разделяется в сепараторе 208.

Верхний парообразный продукт проходит по трубопроводу 210 на входной патрубок пропанового компрессора 212. Пары пропана сжимаются в пропановом компрессоре 212 и возвращаются по трубопроводу 214 в пропановый холодильник 204.

Нижний жидкий продукт 216 разделяется и каждый из двух образовавшихся потоков расширяется до пониженного давления в устройстве снижения давления, при этом температура потока снижается и затем используется в качестве соответствующих охлаждающих потоков в процессе косвенного теплообмена со следующими потоками:

a) сырьевой газ в теплообменнике 14 по трубопроводу 218;

b) обезвоженный сырьевой газ в теплообменнике 20 по трубопроводу 220;

c) второй поток хладагента, например, этилена в теплообменнике 304 по трубопроводу 222; и

d) третий поток хладагента, например, метана в теплообменнике 404 по трубопроводу 224.

Соответствующие потоки хладагента из трубопроводов 226, 228, 230 и 232 объединяются и направляются во входной патрубок пропанового компрессора 212, в котором объединенный поток сжимается в пропановом компрессоре 212 и возвращается по трубопроводу 214 в пропановый холодильник 204.

Теперь будут описаны конфигурация и эксплуатация второго холодильного контура 300, например, с этиленом. Как показано на фиг.1, поток 302 этиленового хладагента конденсируется в теплообменнике 304. Затем он разделяется и каждый из двух потоков направляется в устройство 306 снижения давления, где расширяется до пониженного давления, и таким образом, часть потока этиленового хладагента быстро испаряется, при этом температура потока снижается, и он может быть использован в качестве соответствующего охлаждающего потока в процессе косвенного теплообмена со следующими потоками:

a) охлажденный обезвоженный газообразный поток в теплообменнике 28 по трубопроводу 312;

b) третий поток хладагента, например, метана в теплообменнике 404 по трубопроводу 314.

Соответствующие потоки этиленового хладагента из трубопроводов 316 и 318 объединяются и направляются во входной патрубок этиленового компрессора 320, в котором объединенный поток сжимается и возвращается по трубопроводу 302 в теплообменник 304.

Теперь будут описаны конфигурация и эксплуатация третьего холодильного контура 400, например, с метаном. Как показано на фиг.1, поток метанового хладагента охлаждается в теплообменнике 404 и направляется в турбодетандер 406 по трубопроводу 408, где расширяется до пониженного давления, при этом температура потока снижается.

Полученный поток 410 метанового хладагента используется в качестве соответствующего охлаждающего потока в процессе косвенного теплообмена с очищенным от кислых соединений газообразным потоком в теплообменнике 48. Поток метанового хладагента направляется в сдвоенный компрессор 412а, 412b по трубопроводу 414, до подачи потока в теплообменник 416 с воздушным охлаждением, и возвращается по трубопроводу 402 в теплообменник 404.

Следует признать, что способ настоящего изобретения может быть интегрирован с любым способом сжижения легких углеводородов, независимо от типа холодильного контура или числа используемых контуров.

Кроме каскадной охлаждающей системы, представленной на фиг.1, другие холодильные контуры для сжижения легких углеводородов, в частности метана, которые известны из уровня техники, также могут быть интегрированы со способом настоящего изобретения. Описанные в изобретении системы просто обеспечивают примерные иллюстрации применения настоящего изобретения вместе с другими охлаждающими системами для сжижения сырьевого газа, причем их не следует рассматривать в качестве ограничения способов настоящего изобретения описанными конкретно охлаждающими системами.

Другой пример, представляющий типичную компоновку холодильного контура с двойным смешиванием, описан ниже со ссылкой на фиг.2. В этом конкретном варианте осуществления, контур хладагента с двойным смешиванием включает в себя первый контур 500 смешанного хладагента и второй контур 600 смешанного хладагента. Предпочтительный хладагент в первом контуре 500 смешанного хладагента содержит приблизительно 40%-60% этана и приблизительно 40%-60% пропана. Предпочтительный хладагент во втором контуре 600 смешанного хладагента содержит приблизительно 0-10% азота, около 40-50% метана, около 40%-50% этана и приблизительно 0-10% пропана.

Применение и эксплуатация настоящего изобретения, продемонстрированные на фиг.2 этого примера, являются практически такими же, как в предыдущем примере, описанном со ссылкой на фиг.1, и будут кратко описаны здесь, причем везде аналогичные детали обозначены одинаковыми позициями. Различия, главным образом, заключаются в интеграции первого и второго контуров 500, 600 смешанного хладагента.

Сырьевой газообразный поток вводится в устройство 10' по трубопроводу 1 в теплообменник 14, в котором газообразный поток охлаждается до температуры окружающей среды, предпочтительно до температуры немного выше температуры, при которой образуются углеводородные гидраты (обычно около 20°С). В зависимости от состава сырьевого газообразного потока, в теплообменнике 14 также может образоваться конденсат тяжелых углеводородов. Охлаждение осуществляется в теплообменнике 14 за счет косвенного теплообмена со вторым смешанным хладагентом из второго контура 600 смешанного хладагента. Газообразный поток проходит по трубопроводу 2 в сепаратор 16 и впоследствии направляется по трубопроводу 3 в дегидратирующую установку 18, где поток может быть обезвожен, как описано ранее.

Вслед за обезвоживанием, газообразный поток выходит из дегидратирующей установки 18 по трубопроводу 4 в теплообменник 20, в котором газообразный поток охлаждается за счет косвенного теплообмена с охлажденным потоком жидких кислых веществ, и впоследствии по трубопроводу 4а в многопроходный теплообменник 20а, в котором газообразный поток дополнительно охлаждается за счет косвенного теплообмена с первым смешанным хладагентом.

Затем газообразный поток проходит по трубопроводу 5 в змеевиковый теплообменник 22 для косвенного теплообмена с суспензией твердых кислых веществ в жидких кислых веществах, где поток дополнительно охлаждается. Газообразный поток проходит по трубопроводу 6 в клапан 24, с помощью которого давление в потоке сбрасывается ниже критического давления газа, и поступает в ректификационную колонну 26, в которой конденсат жидкого нефтяного газа (главным образом, содержит углеводороды С3 и С4) и более тяжелые углеводороды выделяются из газообразного потока. Затем полученный конденсат направляется по трубопроводу 7 в стабилизатор конденсата или другие ректификационные колонны (не показаны) для дополнительной обработки с целью извлечения других товарных продуктов (продукта) - высших углеводородов.

Эксплуатационный режим ректификационной колонны 26 может быть таким, как описано ранее.

Газообразный поток с верхней части ректификационной колонны 26 направляется по трубопроводу 8 в многопроходный теплообменник 28а для того, чтобы охладить газообразный поток до температуры, которая минимально больше, чем температура, при которой происходит затвердевание кислых веществ в газообразном потоке. Обычно газообразный поток охлаждается до температуры в диапазоне приблизительно от -65°С до -70°С. В этом конкретном варианте осуществления, охлаждение в теплообменнике 28а может быть осуществлено за счет косвенного теплообмена с потоком второго хладагента.

Затем охлажденный газообразный поток поступает по трубопроводу 9 на входной патрубок 30 разделяющего резервуара 32. Газообразный поток расширяется с использованием дросселя Джоуля-Томсона или другого подходящего расширяющего устройства, такого как турбодетандер, чтобы дополнительно охладить поток, когда он поступает в резервуар 32. Газообразный поток, поступающий в резервуар 32 через входной патрубок 30, имеет температуру приблизительно от -50 до -90°С при типичном давлении в диапазоне от 20 до 30 бар.

При охлаждении газообразного потока, как описано выше, кроме твердых и/или жидких кислых веществ, также может образоваться небольшое количество жидкого конденсата NGL в условиях температуры и давления, существующих в резервуаре 32. Твердые кислые вещества и жидкий конденсат перемещаются в нижнюю часть резервуара 32 под действием гравитационного разделения, и таким образом, образуется суспензия жидкого природного газа и твердых и/или жидких кислых веществ, как описано ранее.

Затем указанная суспензия твердых кислых веществ нагревается до температуры, при которой твердые вещества плавятся за счет косвенного теплообмена со змеевиковым теплообменником 22. Жидкий поток, обогащенный кислыми веществами, удаляется из резервуара 32 с помощью трубопровода 11, и может быть дополнительно обработан, как описано ранее, со ссылкой на фиг.1.

Охлажденный, частично очищенный от кислых соединений газообразный поток с остаточными кислыми соединениями может быть обработан жидким растворителем для того, чтобы снизить содержание остаточных кислых соединений в потоке, за счет направления охлажденного, частично очищенного от кислых соединений газообразного потока в зону 38 сольватации в верхней части резервуара 32, как показано на фиг.2, через дымовую заслонку 40. Как описано выше, со ссылкой на фиг.1, охлажденный жидкий растворитель, предпочтительно метанол, вводится в зону 38 сольватации резервуара 32 через входной патрубок 44, расположенный выше устройства перемешивания жидкости с газом.

Образовавшийся охлажденный газообразный поток, очищенный от кислых соединений, удаляется из зоны 38 сольватации через выходной патрубок 46 по трубопроводу 13 и направляется во вторую охлаждающую зону 48а, содержащую многоходовой теплообменник, в котором охлажденный газообразный поток, очищенный от кислых соединений, охлаждается до температуры, равной или ниже температуры, при которой конденсируются углеводороды в газообразном потоке. Предпочтительно охлажденный газообразный поток, очищенный от кислых соединений, охлаждается до температуры ниже точки кипения метана, например, до температуры приблизительно между -140°С и -150°С, за счет косвенного теплообмена со вторым смешанным хладагентом.

Сжиженный поток может дополнительно расширяться в детандере 50 до атмосферного давления и охлаждаться приблизительно до -162°С с целью хранения.

Обогащенный кислыми соединениями растворитель из зоны 38 сольватации может регенерироваться, как описано ранее, со ссылкой на фиг.1. Аналогично, жидкий поток, извлеченный из ректификационной колонны 26, может быть дополнительно обработан, как описано ранее, со ссылкой на фиг.1. Кислый паровой поток, полученный в колонне 52, может подвергаться сжатию и сжижению с целью объединения с кислым жидким потоком, полученным в колонне 32, чтобы затем сбрасываться (не показано).

Обратимся к фиг.2, где показана конфигурация и эксплуатация первого контура 500 смешанного хладагента.

Первый поток 502 смешанного хладагента выводится из первого холодильника 504 смешанного хладагента и направляется в теплообменник 506, где дополнительно охлаждается. Охлажденный первый поток смешанного хладагента разделяется. Первая часть разделительного потока направляется по трубопроводу 508 в устройство 510 снижения давления и расширяется до меньшего давления, и таким образом, снижается температура потока. Охлажденная первая часть разделительного потока проходит через теплообменник 506 в режиме противоточного косвенного теплообмена с первым потоком смешанного хладагента и со вторым потоком смешанного хладагента, затем направляется по трубопроводу 512 на входной патрубок компрессора 514, в котором поток сжимается и возвращается по трубопроводу 516 в первый холодильник 504 смешанного хладагента.

Вторая часть разделительного потока проходит через теплообменник 20а по трубопроводу 518, затем направляется в устройство 520 снижения давления и расширяется с целью снижения температуры потока. Затем охлажденная вторая часть разделительного потока повторно проходит через теплообменник 20а в режиме противоточного косвенного теплообмена с первым потоком смешанного хладагента, вторым потоком смешанного хладагента и с потоком обезвоженного газообразного потока.

Затем вторая часть разделительного потока поступает по трубопроводу 522 на входной патрубок компрессора 514, в котором поток сжимается и возвращается по трубопроводу 516 в первый холодильник 504 смешанного хладагента.

Обратимся к фиг.2, где будет описана конфигурация и эксплуатация второго контура 600 смешанного хладагента.

Второй поток 602 смешанного хладагента выводится из холодильника 604 смешанного хладагента и направляется в теплообменник 506, где дополнительно охлаждается.

Охлажденный второй поток смешанного хладагента направляется по трубопроводу 606 в теплообменник 20а и впоследствии проходит в сепаратор 608 по трубопроводу 610.

Продукт из верхней части сепаратора 608 проходит в теплообменник 28а по трубопроводу 612 и впоследствии в теплообменник 48а по трубопроводу 614. Полученный второй поток хладагента расширяется в устройстве 616 снижения давления, причем температура указанного потока снижается. Расширенный поток направляется снова в теплообменник 48а по трубопроводу 618, где указанный поток используется для охлаждения очищенного от кислых соединений газа, выходящего из зоны 38 сольватации, до температуры, при которой конденсируются углеводороды, как описано ранее. Расширенный поток также используется для охлаждения второго потока хладагента в теплообменнике 48а.

После прохождения через теплообменник 48а поток направляется в теплообменник 28а по трубопроводу 620, где поток используется для охлаждения обезвоженного газообразного потока и второго потока хладагента.

После прохождения через теплообменник 28а поток направляется в теплообменник 14 по трубопроводу 622, где поток используется для охлаждения сырьевого газообразного потока. Затем указанный поток поступает на входной патрубок компрессора 624 по трубопроводу 626.

Данный продукт сепаратора 608 поступает в теплообменник 28а по трубопроводу 628. Полученный охлажденный поток направляется в устройство снижения давления 630 и снова направляется в теплообменник 28а по трубопроводу 620.

Можно легко понять, что могут быть использованы различные варианты осуществления способа и устройства настоящего изобретения с целью сжижения газообразных потоков различного состава. В частности, компоненты, входящие в состав первой охлаждающей зоны для охлаждения газообразного потока таким образом, чтобы получить охлажденный газообразный поток, содержащий газообразные углеводороды и остаточные кислые соединения, могут варьироваться в зависимости от состава сырьевого газа. Например, для газообразных потоков, обогащенных метаном и обедненных кислыми веществами, таких как газ, соответствующий техническим условиям для трубопроводов, в котором концентрация кислых веществ может рассматриваться как остаточная, первая охлаждающая зона может содержать одно или несколько средств охлаждения, которые обсуждались ранее, просто для охлаждения газообразного потока до желательной температуры. Альтернативно, для газообразных потоков, обогащенных диоксидом углерода, первая охлаждающая зона может включать в себя одно или несколько средств охлаждения, скомпонованных с целью снижения содержания кислых веществ в газообразном потоке до остаточной концентрации, в том числе фракционирующие колонны, имеющие конфигурацию для массового удаления диоксида углерода при концентрации диоксида углерода больше, чем приблизительно 20-25%. В дополнительном альтернативном варианте, для газообразных потоков, обогащенных диоксидом углерода и компонентами NGL, первая охлаждающая зона может содержать одно или несколько средств охлаждения, скомпонованных с целью снижения содержания кислых веществ в газообразном потоке до остаточной концентрации, и одну или несколько ректификационных колонн, для снижения содержания углеводородов С3+, и тому подобных в газообразном потоке.

Как будет очевидно из последующего описания, способ и устройство настоящего изобретения способствует уменьшению выбросов парниковых газов по сравнению с традиционными технологиями для сжижения газообразного потока, загрязненного кислыми веществами.

Финансовый инструмент в рыночной Схеме торговли квотами выбросов (ETS) парниковых газов, может быть разработан путем эксплуатации установки 10 настоящего изобретения или установки сжижения газа, с использованием способов настоящего изобретения. Указанный финансовый инструмент может быть, например, одним из документов: кредит на выброс, или компенсация за удаление диоксида углерода, или сертификат возобновляемого источника энергии. Обычно такие инструменты являются товарными на рынке, то есть приспособлены для создания препятствий выбросам парниковых газов за счет подхода «торговли с верхним пределом», в котором установлен «верхний предел» для суммарных выбросов, разрешения распределены до верхнего предела, причем допускается торговля с целью рыночного поиска наиболее экономичного способа для удовлетворения необходимых требований к уменьшению выбросов. Киотский протокол, а также Схема торговли квотами выбросов (ETS) в Евросоюзе основаны на указанном подходе.

Ниже приведен пример, каким образом могут быть созданы кредиты за счет использования установки сжижения газа. Гражданин промышленно развитой страны, желающий получить кредит по проекту Механизма чистого развития (МЧР) под эгидой Схемы ETS, делает вклад в создание установки сжижения газа, содержащей одно или несколько устройств для сжижения газов согласно настоящему изобретению или установки сжижения газа, в которой применяются способы настоящего изобретения. Затем гражданину могут быть выданы кредиты (или сертифицированные единицы сокращения выбросов [СЕСВ], где каждая единица эквивалентна сокращению на одну метрическую тонну СО₂ или ее эквиваленту). Количество выданных СЕСВ основано на зарегистрированном различии между фоном и фактическими выбросами. Заявители полагают, что компенсации или кредиты, по характеру аналогичные СЕСВ, вскоре станут доступными для лиц, инвестирующих в генерирование энергии с малыми выбросами углерода в промышленно развитых странах, причем указанные механизмы могут быть сформированы аналогично.

Теперь, когда описаны варианты изобретения, можно признать, что некоторые варианты осуществления дают следующие преимущества:

- способы и устройства сжижения газов можно применять для обработки газообразных потоков с высоким содержанием диоксида углерода, в частности газообразных потоков из газовых месторождений, которые ранее считались экономически нежизнеспособными для разработки по причине высоких капитальных и эксплуатационных затрат, связанных с выделением диоксида углерода;

- устройство сжижения газа настоящего изобретения занимает относительно небольшую площадь основания, и таким образом, может быть масштабировано для производства СПГ из источников газообразного потока от малой до средней продуктивности, которые ранее считались экономически нежизнеспособными для разработки, поскольку стоимость продукции не покрывала капитальные затраты, например затрудненные газовые месторождения от малой до средней продуктивности с высоким содержанием CO₂, метан угольных пластов от малой до средней продуктивности с высоким содержанием CO₂, биогаз и газ из органических отходов.

- "фронтальная система" предварительной обработки газа с целью удаления диоксида углерода, которая применяется на традиционных установках СПГ, уже не является необходимой, и таким образом, будут значительно сокращены капитальные затраты, которые по оценке составляют между 10 и 30% от общей стоимости технологической установки производства СПГ;

- отсутствие необходимости "фронтальной системы" предварительной обработки газа упрощает эксплуатацию установки сжижения и устраняет потребность в соответствующих инженерных сетях, таких как водоподготовка и системы нагревания, и таким образом, снижается потребность в топливе, потребление энергии, и затраты на эксплуатацию и техническое обслуживание;

- диоксид углерода выделяется в жидком состоянии, что удобно для захоронения, в отличие от выбросов в атмосферу для традиционных технологий с экстракцией растворителем и/или мембранным разделением;

- могут быть созданы углеродные кредиты; и

- устройство сжижения газа занимает относительно небольшую площадь основания, и таким образом, может быть масштабировано для производства СПГ, применяемого в качестве топлива для транспортных средств в удаленных местах, например, таких как удаленные шахтные площадки.

В описании изобретения, за исключением случаев, где по контексту требуется другое для точного языкового выражения или смысловой необходимости, слова "включает в себя" или такие вариации как "содержит" или "содержащий " используются в охватывающем смысле, то есть с целью точного определения наличия определенных признаков, но не для предотвращения присутствия или не для предотвращения добавления дополнительных признаков в различных вариантах изобретения.

Следует понимать, что хотя в уровне техники могут быть публикации, относящиеся к области изобретения, в таких ссылках отсутствует признание того, что любая из них представляет собой общеизвестные знания из уровня техники, в Австралии или любой другой стране.

Специалисты в этой области техники могут предложить многочисленные вариации и модификации изобретения, кроме изложенного в описании, без отклонения от основной идеи изобретения. Все такие вариации и модификации следует рассматривать как входящие в объем настоящего изобретения, сущность которого может быть установлена из предшествующего описания.

Разработаны способ и устройство сжижения газообразного потока, который содержит углеводороды и кислые соединения и в котором кислые соединения удаляются в сжиженном состоянии, когда очищенный от кислых соединений газообразный поток постепенно охлаждается до температуры сжижения. Способ включает охлаждение газообразного потока таким образом, чтобы получить охлажденный газообразный поток, который содержит газообразные углеводороды и остаточные кислые соединения. Затем полученный охлажденный газообразный поток, очищенный от кислых соединений, дополнительно охлаждается, чтобы получить жидкие углеводороды. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ сжижения газообразного потока, содержащего углеводороды и кислые соединения, который включает следующие стадии:
a) охлаждение газообразного потока таким образом, чтобы получить охлажденный газообразный поток, который содержит газообразные углеводороды и остаточные кислые соединения;
b) обработка охлажденного газообразного потока растворителем с целью снижения содержания остаточных кислых соединений в охлажденном газообразном потоке, и таким образом, получение охлажденного газообразного потока, очищенного от кислых соединений; и
c) охлаждение охлажденного газообразного потока, очищенного от кислых соединений, с целью получения жидких углеводородов.

2. Способ по п.1, в котором на стадии а) охлаждение проводят таким образом, что газообразный поток охлаждается до первой температуры, чтобы получить смесь твердых и/или жидких кислых соединений и пара, который содержит газообразные углеводороды и остаточные кислые соединения, причем твердые и/или жидкие кислые соединения выделяют из смеси и, таким образом, получают охлажденный газообразный поток.

3. Способ по п.2, в котором охлаждение проводится при первом наборе условий температуры и давления, в которых кислые соединения затвердевают и/или образуется жидкий конденсат, содержащий кислые соединения.

4. Способ по п.2, в котором первая температура устанавливается в точке, в которой кислые вещества затвердевают и/или конденсируются, или немного ниже этой температуры.

5. Способ по п.2, в котором первая температура представляет собой температуру, при которой замораживаемые углеводородные вещества могут конденсироваться.

6. Способ по п.2, в котором первая температура представляет собой температуру, при которой оптимизируется растворимость остаточных кислых соединений в растворителе, используемом на стадии b).

7. Способ по п.1, в котором обработка охлажденного газообразного потока растворителем включает в себя контактирование охлажденного газообразного потока с растворителем, в котором кислые соединения растворяются лучше, чем газообразные углеводороды.

8. Способ по п.2, в котором стадия b) проводится в температурных условиях, близких или равных первой температуре.

9. Способ по п.1, в котором на стадии с) охлаждение проводится при втором наборе условий температуры и давления, в которых конденсируются углеводороды в охлажденном газообразном потоке

10. Способ по п.1, в котором на стадии а) и/или стадии с) охлаждение газообразного потока включает в себя расширение газообразного потока на одной или нескольких стадиях расширения.

11. Способ по п.1, в котором на стадии а) и/или стадии с) охлаждение газообразного потока включает осуществление косвенного теплообмена с одним или несколькими охлаждающими потоками.

12. Способ по п.1, в котором на стадии а) и/или стадии с) охлаждение газообразного потока включает осуществление непосредственного теплообмена с охлаждающим потоком.

13. Способ по п.1, в котором на стадии а) и/или стадии с) охлаждение газообразного потока включает в себя одну или несколько стадий теплообмена и/или расширения.

14. Способ по п.2, в котором твердые и/или жидкие кислые соединения выделяются из смеси под действием сил гравитации, центрифугирования или другими подходящими средствами разделения.

15. Способ по п.2, который дополнительно включает в себя стадию удаления твердых кислых соединений, предпочтительно путем нагревания и плавления твердых кислых соединений, и таким образом, образуется жидкость, обогащенная кислыми соединениями.

16. Способ по п.15, который дополнительно включает нагревание твердых кислых соединений до температуры, равной или немного выше точки плавления твердых кислых соединений.

17. Способ по п.1, в котором до проведения стадии а) газообразный поток охлаждается таким образом, чтобы получить жидкий поток диоксида углерода, этана и углеводородов С3+, и газообразный поток, имеющий пониженную концентрацию диоксида углерода.

18. Способ по п.1, в котором до проведения стадии а) газообразный поток охлаждается таким образом, чтобы получить жидкие углеводороды С3+ и газообразный поток с пониженным содержанием углеводородов С3+.

19. Устройство сжижения газа для сжижения газообразного потока, содержащего углеводороды и кислые соединения, которое содержит:
- первую охлаждающую зону для охлаждения газообразного потока таким образом, чтобы получить охлажденный газообразный поток, содержащий газообразные углеводороды и остаточные кислые соединения, причем первая охлаждающая зона соединена по текучей среде с источником газа, содержащего углеводороды и кислые соединения;
- сепаратор для отделения твердых и/или жидких веществ из охлажденного газообразного потока;
- резервуар, выполненный с возможностью обработки охлажденного газообразного потока растворителем для того, чтобы снизить содержание остаточных кислых соединений в охлажденном газообразном потоке, и таким образом, получить охлажденный, очищенный газообразный поток; и
- вторую охлаждающую зону, соединенную по текучей среде с резервуаром, причем вторая охлаждающая зона выполнена с возможностью принимать и охлаждать охлажденный газообразный поток, очищенный от кислых соединений, до второй температуры с целью получения жидких углеводородов.

20. Способ извлечения жидкого диоксида углерода из газообразного потока, содержащего углеводороды и диоксид углерода в процессе сжижения углеводородов, который включает следующие стадии:
a) охлаждение газообразного потока до первой температуры, чтобы получить смесь твердого и/или жидкого диоксида углерода и пара, содержащего газообразные углеводороды;
b) выделение твердого и/или жидкого диоксида углерода из смеси, чтобы таким образом получить охлажденный газообразный поток, который содержит газообразные углеводороды и остаточный диоксид углерода;
c) нагревание выделенного твердого диоксида углерода и получение жидкого диоксида углерода;
d) обработка охлажденного газообразного потока растворителем для того, чтобы снизить содержание остаточного диоксида углерода в охлажденном газообразном потоке и таким образом получить охлажденный газообразный поток, очищенный от кислых соединений; и
e) охлаждение охлажденного газообразного потока до второй температуры для того, чтобы получить сжиженные углеводороды.