СПОСОБ ЧАСТИЧНОГО СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2015 года по МПК F25J1/00 

Группа изобретений относится к области сжижения природных газов высокого давления и их смесей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ частичного сжижения природного газа, включающий предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления, отделение части прямого потока, ее расширение и соединение с обратным потоком, охлаждение прямого потока, дросселирование и разделение в сборнике-сепараторе парожидкостной смеси на паровую и жидкостную фазы (см. RU 2212598 С1, опубл. 20.09.2003, МПК⁷F25J 1/00).

Недостаток известного способа - низкая эффективность разделения компонент смеси за счет изотермической двукратной сепарации жидкой и паровой фаз. Для достижения повышенной чистоты продукта при изотермическом разделении из сборника-сепаратора установки приходится извлекать чрезвычайно малое количество пара, которое затем реконденсируется и выдается потребителю в качестве конечного продукта. Так как доля чистого пара весьма мала, величину прямого потока требуется увеличивать, что возможно только за счет сокращения доли потока, уходящего на расширение в расширяющее устройство. При уменьшении этого потока, сокращается производительность расширительного устройства, и коэффициент сжижения установки снижается. Потери производительности в таком способе сжижения могут достигать 20% и более по сравнению со способом сжижения без реконденсации в зависимости от требуемой чистоты продукта.

Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая группа изобретений, заключается в получении сжиженного природного газа с малым содержанием высококипящих компонентов, в том числе диоксида углерода, и обладающего повышенными эксплуатационными характеристиками, при снижении энергетических затрат на его производство.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе частичного сжижения природного газа, включающем предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления, после охлаждения прямой поток дросселируют и разделяют в ректификационной колонне на жидкую фракцию и паровую фракцию, которую направляют на реконденсацию с последующим направлением части реконденсированного продукционного потока в ректификационную колонну в качестве флегмового орошения, а также дросселированием другой части реконденсированного продукционного потока и разделением ее на жидкостную фазу, являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу, направляемую далее в качестве обратного потока для охлаждения прямого потока, а жидкую фракцию из ректификационной колонны расширяют и, за счет реконденсации паровой фракции из ректификационной колонны, испаряют, далее нагревают прямым потоком, а после повторного дросселирования направляют в обратный поток.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе частичного сжижения природного газа, включающем предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления, после охлаждения прямой поток разделяют на два потока, первый из которых направляют в расширяющее устройство и далее отправляют в обратный поток, а второй охлаждают и разделяют в ректификационной колонне на жидкую фракцию и паровую фракцию, которую направляют на реконденсацию с последующим направлением части реконденсированного продукционного потока в ректификационную колонну в качестве флегмового орошения, а также дросселированием другой части реконденсированного продукционного потока и разделением ее на жидкостную фазу, являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу, направляемую далее в качестве обратного потока для охлаждения прямого потока, а жидкую фракцию из ректификационной колонны расширяют и, за счет реконденсации паровой фракции из ректификационной колонны, испаряют, далее нагревают прямым потоком, а после повторного дросселирования направляют в обратный поток.

Группа изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема установки для реализации способа частичного сжижения природного газа по варианту 1, на фиг.2 - схема установки для реализации способа частичного сжижения природного газа по варианту 2.

Схема для реализации способа частичного сжижения природного газа по варианту 1 (фиг.1) включает в себя источник газа высокого давления 1, предварительный теплообменник 2, дроссель 3, подогревающий теплообменник 4, регулирующий дроссель продукционного потока 5, ректификационную колонну 6 с отбором кубовой жидкости 7, регулирующий дроссель 8, теплообменник-реконденсатор 9, дроссель 10, сборник-сепаратор 11, отбор чистого жидкого продукта (сжиженного природного газа) 12, перепускной дроссель 13, обратный поток 14.

Схема для реализации способа частичного сжижения природного газа по варианту 2 (фиг.2) включает в себя источник газа высокого давления 1, предварительный теплообменник 2, расширяющее устройство 15, подогревающий теплообменник 4, регулирующий дроссель продукционного потока 5, ректификационную колонну 6 с отбором кубовой жидкости 7, регулирующий дроссель 8, теплообменник-реконденсатор 9, дроссель 10, сборник-сепаратор 11, отбор чистого жидкого продукта (сжиженного природного газа) 12, перепускной дроссель 13, промежуточный теплообменник 16, обратный поток 14.

Способ по варианту 1 (см. фиг.1) реализуется следующим образом.

Газ высокого давления (прямой поток), представленный смесью Метан 98%, Этан 0,5%, Пропан 0,375%, н-Бутан 0,125%, CO₂ 1%, с начальной температурой 293,15 К и давлением 15 МПа подают в предварительный теплообменник 2, где его охлаждают до 250-230 К. Последующее расширение газа в дросселе 3 происходит до 5-8 МПа. Далее прямой поток направляют на охлаждение в подогревающий теплообменник 4. После расширения в регулирующем дросселе 5 в ректификационную колонну 6 с десятью теоретическими тарелками поступает охлажденный прямой поток с паросодержанием 40% и давлением 3,5 МПа. В ректификационной колонне 6 прямой поток разделяется в результате тепломассообмена на жидкую (80%) и паровую фракции (39%). Далее продукционный поток в виде паровой фракции направляют на реконденсацию в теплообменник-реконденсатор 9. Реконденсированный продукционный поток из ректификационной колонны 6 делят на флегмовый поток (41%), который возвращается в ректификационную колонну 6 на орошение, и поток (59%), который расширяется через дроссель 10 и направляется в сборник-сепаратор 11 с давлением 0,6 МПа, где происходит его разделение на жидкостную фазу (67%), являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу (33%). Жидкостную фазу из сборника-сепаратора 11 направляют потребителю через отборник 12. Чистота конечного продукта по CO₂ - 50 ppm, суммарное содержание углеводородов С2+ менее 0,05%. Выход продукта составляет

15,4% от массового потока сырьевого газа (прямого потока). Паровую фазу направляют в качестве обратного потока в предварительный теплообменник 2 для охлаждения прямого потока. Жидкую фракцию из ректификационной колонны 6 расширяют до давления 2,0 МПа в регулирующем дросселе 8, а затем частично испаряют в теплообменнике-реконденсаторе 9. Затем поток полностью испаряется в подогревающем теплообменнике 4 и, после повторного расширения в перепускном дросселе 13 до давления 0,6 МПа его направляют в обратный поток совместно с паровой фазой из сборника-сепаратора 11.

Полученный сжиженный природный газ обладает высоким качеством, поскольку доля метана в нем стабильна и составляет не менее 98,5%. Пониженное содержание углеводородов С2+ и диоксида углерода предотвращает закупорку арматуры и аппаратов при отгрузке, хранении и регазификации сжиженного природного газа кристаллами диоксида углерода и тяжелых углеводородов С5+, позволяет устранить явление ролловера при смешивании различных партий продукта, стабилизировать теплоту сгорания топлива, устраняет образование нагара в форкамерах двигателей при пиролизе углеводородов С5+, снижает содержание оксидов азота в продуктах сгорания.

Способ по варианту 2 (см. фиг.2) реализуется следующим образом.

Газ высокого давления (прямой поток), представленный смесью Метан 98%, Этан 0,5%, Пропан 0,375%, н-Бутан 0,125%, CO₂ 1%, с начальной температурой 293,15 К и давлением 3,5 МПа подают в предварительный теплообменник 2, где его охлаждают до 240 К. Далее прямой поток разделяют на два потока, первый из которых (49%) направляют в расширяющее устройство 15 - турбодетандер с политропным КПД 75%, где расширяется до давления обратного потока - 0,6 МПа - и, затем, объединяется с обратным потоком на входе в промежуточный теплообменник 16, а второй поток (51%) охлаждают в промежуточном теплообменнике 16. Далее прямой поток направляют на охлаждение в подогревающий теплообменник 4. После расширения в регулирующем дросселе 5 в ректификационную колонну 6 с десятью теоретическими тарелками поступает охлажденный прямой поток с паросодержанием 40% и давлением 3,5 МПа. В ректификационной колонне 6 прямой поток разделяется в результате тепломассообмена на жидкую (80%) и паровую фракции (39%). Далее продукционный поток в виде паровой фракции направляют на реконденсацию в теплообменник-реконденсатор 9. Реконденсированный продукционный поток из ректификационной колонны 6 делят на флегмовый поток (41%), который возвращается в ректификационную колонну 6 на орошение, и поток (59%), который расширяется через дроссель 10 и направляется в сборник-сепаратор 11 с давлением 0,6 МПа, где происходит его разделение на жидкостную фазу (67%), являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу (33%). Жидкостную фазу из сборника-сепаратора 11 направляют потребителю через отборник 12. Чистота конечного продукта по CO₂ - 50 ppm, суммарное содержание углеводородов С2+ менее 0,05%. Выход продукта составляет 7,9% от массового потока сырьевого газа (прямого потока). Паровую фазу направляют в качестве обратного потока в предварительный теплообменник 2 для охлаждения прямого потока. Температура обратного потока 14 на выходе из установки составляет 283,15 К. Жидкую фракцию из ректификационной колонны 6 расширяют до давления 2,0 МПа в регулирующем дросселе 8, а затем частично испаряют в таплообменнике-реконденсаторе 9. Затем поток полностью испаряется в подогревающем теплообменнике и, после повторного расширения в перепускном дросселе 13 до давления 0,6 МПа его направляют в обратный поток совместно с паровой фазой из сборника-сепаратора 11.

Полученный сжиженный природный газ обладает высоким качеством, поскольку доля метана в нем стабильна и составляет не менее 99,995%.

Группа изобретений относится к области сжижения природных газов высокого давления и их смесей. Способ частичного сжижения природного газа по варианту 1 включает предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления. После охлаждения прямой поток дросселируют и разделяют в ректификационной колонне на жидкую фракцию и паровую фракцию. Паровую фракцию направляют на реконденсацию с последующим направлением части реконденсированного продукционного потока в ректификационную колонну в качестве флегмового орошения, а также дросселированием другой части реконденсированного продукционного потока и разделением ее на жидкостную фазу, являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу, направляемую далее в качестве обратного потока для охлаждения прямого потока. Жидкую фракцию из ректификационной колонны расширяют и, за счет реконденсации паровой фракции из ректификационной колонны, испаряют, далее нагревают прямым потоком, а после повторного дросселирования направляют в обратный поток. В отличие от способа по варианту 1 в способе частичного сжижения природного газа по варианту 2 часть прямого потока после охлаждения расширяют и соединяют с обратным потоком. Предложенная группа изобретений позволит получить сжиженный природный газ с малым содержанием высококипящих компонентов, в том числе диоксида углерода, обладающего повышенными эксплуатационными характеристиками, при снижении энергетических затрат на его производство. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

1. Способ частичного сжижения природного газа, включающий предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления, отличающийся тем, что после охлаждения прямой поток дросселируют и разделяют в ректификационной колонне на жидкую фракцию и паровую фракцию, которую направляют на реконденсацию с последующим направлением части реконденсированного продукционного потока в ректификационную колонну в качестве флегмового орошения, а также дросселированием другой части реконденсированного продукционного потока и разделением ее на жидкостную фазу, являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу, направляемую далее в качестве обратного потока для охлаждения прямого потока, а жидкую фракцию из ректификационной колонны расширяют и, за счет реконденсации паровой фракции из ректификационной колонны, испаряют, далее нагревают прямым потоком, а после повторного дросселирования направляют в обратный поток.

2. Способ частичного сжижения природного газа, включающий предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления, отличающийся тем, что после охлаждения прямой поток разделяют на два потока, первый из которых направляют в расширяющее устройство и далее отправляют в обратный поток, а второй охлаждают и разделяют в ректификационной колонне на жидкую фракцию и паровую фракцию, которую направляют на реконденсацию с последующим направлением части реконденсированного продукционного потока в ректификационную колонну в качестве флегмового орошения, а также дросселированием другой части реконденсированного продукционного потока и разделением ее на жидкостную фазу, являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу, направляемую далее в качестве обратного потока для охлаждения прямого потока, а жидкую фракцию из ректификационной колонны расширяют и, за счет реконденсации паровой фракции из ректификационной колонны, испаряют, далее нагревают прямым потоком, а после повторного дросселирования направляют в обратный поток.