СПОСОБ СЖИЖЕНИЯ ФРАКЦИИ, ОБОГАЩЕННОЙ УГЛЕВОДОРОДАМИ Российский патент 2015 года по МПК F25J1/02 

Изобретение относится к способу сжижения фракции, обогащенной углеводородами.

Из US 3763658 известен способ сжижения фракции, обогащенной углеводородами, в частности, находящий применение в процессах сжижения природного газа. При этом циркуляционный контур холодильной смеси хладогента служит для сжижения и переохлаждения природного газа, в то время как дополнительно предусмотрен циркуляционный контур чистого вещества, который как предварительно охлаждает сжижаемый природный газ, так и предварительно охлаждает и частично сжижает холодильную смесь циркуляционного контура холодильной смеси. Такой способ сжижения, в частности, подходит для процессов сжижения природного газа производительностью 1-6 млн. т сжижаемого природного газа (LNG) в год.

Сжижаемый природный газ перед собственно охлаждением и сжижением, как правило, подается на водяную промывочную установку с амином, к которой обычно подключается блок сушки. В частности, в теплых климатических зонах для конденсации воды, содержащейся в природном газе, может использоваться часть потока из вышеописанного циркуляционного контура сверхчистого вещества, благодаря чему разгружается сушилка, подключаемая к промывочной установке с амином.

Однако этот процесс сжижения требует относительно больших затрат на оборудование. Так, например, следует предусмотреть в зависимости от исполнения до девяти испарителей сверхчистого вещества типа Kettle, а также две секции витых теплообменников. В частности, при небольших мощностях сжижения, под таковыми понимается производительность менее 3 млн. т сжижаемого природного газа (LNG) в год, вышеописанный технологический процесс по сравнению с так называемыми процессами сжижения SMR (Single Mixed Refrigerant - единственный смешанный хладагент), не имеющими никакого отдельного циркуляционного контура предварительного охлаждения, имеет недостатки, поскольку вышеописанный процесс сжижения обусловливает более крупные капитальные затраты, которые не могут быть скомпенсированы даже его меньшим энергопотреблением.

Задача настоящего изобретения заключается в создании подобного способа сжижения фракции, обогащенной углеводородами, который лишен вышеописанных недостатков.

Для решения этой задачи предлагается общий способ сжижения фракции, обогащенной углеводородами, в котором

а) охлаждение и сжижение фракции, обогащенной углеводородами, происходят путем косвенного теплообмена с холодильной смесью циркуляционного контура холодильной смеси,

б) охлаждение фракции, обогащенной углеводородами, происходит путем косвенного теплообмена с полностью испарившейся холодильной смесью циркуляционного контура холодильной смеси,

в) сжатая холодильная смесь циркуляционного контура холодильной смеси предварительно охлаждается с помощью циркуляционного контура сверхчистого вещества, и

г) состав холодильной смеси и/или конечное давление компрессора циркуляционного контура холодильной смеси выбираются таким образом, чтобы холодильная смесь полностью сжижалась с помощью циркуляционного контура сверхчистого вещества.

Под понятием «циркуляционный контур сверхчистого вещества» следует понимать холодильный цикл, в котором хладагент присутствует в концентрации 95 объемных %.

В отличие от вышеописанного способа сжижения охлаждение и сжижение фракции, обогащенной углеводородами, теперь происходят исключительно путем косвенного теплообмена с холодильной смесью циркуляционного контура холодильной смеси. Кроме того, предусматриваемый циркуляционный контур сверхчистого вещества служит согласно изобретению исключительно для предварительного охлаждения сжатой холодильной смеси циркуляционного контура холодильной смеси. При этом состав холодильной смеси и/или конечное давление компрессора циркуляционного контура холодильной смеси следует выбирать таким образом, чтобы холодильная смесь могла охлаждаться с помощью циркуляционного контура сверхчистого вещества настолько, чтобы она сжижалась полностью.

Вследствие этого холодильная смесь может подаваться непосредственно в теплообменник, служащий для сжижения и переохлаждения фракции, обогащенной углеводородами, без включения сепаратора перед этим теплообменником.

В принципе действия согласно изобретению все еще сохраняется, по существу, преимущество предварительного охлаждения с помощью циркуляционного контура сверхчистого вещества в отношении энергопотребления и пригодности для разгрузки предусматриваемого блока сушки при известных условиях. Однако затраты на оборудование при способе сжижения согласно изобретению по сравнению с вышеописанным способом сжижения существенно ниже, поскольку число теплообменников явно сокращено.

Хотя принцип действия согласно изобретению ведет к незначительному увеличению энергопотребления, энергопотребление составляет максимум 5 %, все же общая экономичность процесса сжижения повышается, вследствие чего принцип действия согласно изобретению, в частности, с диапазоном производительности 0,5-3 млн. т сжижаемого природного газа (LNG) в год, экономичнее известных процессов сжижения.

Другие предпочтительные варианты выполнения способа сжижения фракции, обогащенной углеводородами, согласно изобретению, представляющие собой предмет зависимых пунктов формулы изобретения, отличаются тем, что

- хладагент циркуляционного контура сверхчистого вещества состоит по меньшей мере на 95 объемных % из С₃Н₈, С₃Н₆, С₂Н₆, С₂Н₄ или СО₂,

- холодильная смесь циркуляционного контура холодильной смеси содержит азот, метан и по меньшей мере два компонента из группы С₂Н₄, С₂Н₆, С₃Н₈, С₄Н₁₀ и С₅Н₁₂, и

- холодильная смесь циркуляционного контура холодильной смеси при сжижении фракции, обогащенной углеводородами, полностью испаряется.

Способ сжижения фракции, обогащенной углеводородами, согласно изобретению, а также его другие предпочтительные варианты выполнения, представляющие собой предмет зависимых пунктов формулы изобретения, более подробно показаны ниже на примере выполнения, изображенном на фигуре.

По трубопроводу 1 сжижаемая фракция, обогащенная углеводородами, под которой в дальнейшем подразумевается поток природного газа, подается в промывочную установку А с амином. К ней подключен блок Т сушки, впереди которого включен теплообменник Е1. В последнем для разгрузки блока Т сушки происходит частичная конденсация воды, содержащейся в природном газе.

Поток природного газа, предварительно обработанный таким образом, по трубопроводу 2 подается в теплообменник Е6, и в нем охлаждается полностью испарившейся холодильной смесью циркуляционного контура холодильной смеси, о котором еще будет сказано ниже. Теплообменник Е6, предпочтительно, выполнен в виде пластинчатого теплообменника.

По трубопроводу 3 охлажденный поток природного газа подается в теплообменник Е7, предпочтительно, выполненный в виде витого теплообменника. В нем происходят сжижение и переохлаждение потока природного газа путем косвенного теплообмена с холодильной смесью циркуляционного контура холодильной смеси. По трубопроводу 4 переохлажденный поток - продукт сжижаемого природного газа (LNG), отводится и подается на промежуточное хранение или непосредственно для его дальнейшего использования.

Холодильная смесь циркуляционного контура холодильной смеси в одно- или многоступенчатом блоке компрессора сжимается до желательного конечного давления компрессора; на фигуре изображены две ступени компрессора V2 и V2', причем между ступенями компрессора, предпочтительно, предусмотрен не показанный на фигуре промежуточный охладитель. После охлаждения в дополнительном охладителе Е9 сжатая холодильная смесь по трубопроводу 5 пропускается через четыре последовательно включенных теплообменника Е2-Е5. В последних холодильная смесь путем косвенного теплообмена с хладагентом циркуляционного контура сверхчистого вещества, о котором более подробно еще будет сказано ниже, охлаждается настолько, чтобы на выходе последнего теплообменника Е5 он оказывался жидким и тем самым однофазным.

Для достижения этой полной конденсации холодильной смеси циркуляционного контура холодильной смеси на выходе последнего теплообменника Е5 следует подбирать состав холодильной смеси и/или конечное давление компрессора циркуляционного контура холодильной смеси.

В качестве хладагента для циркуляционного контура сверхчистого вещества, предпочтительно, используются С₃Н₈, С₃Н₆, С₂Н₆, С₂Н₄ или СО₂. Холодильная смесь циркуляционного контура холодильной смеси, предпочтительно, содержит азот, метан и по меньшей мере два компонента из группы С₂Н₄, С₂Н₆, С₃Н₈, С₄Н₁₀ и С₅Н₁₂.

Теперь холодильная смесь, сжиженная в циркуляционном контуре сверхчистого вещества, по трубопроводу 6 может подаваться прямо в теплообменник Е7. Тем самым наличие сепаратора, включенного перед теплообменником Е7, становится излишним. В теплообменнике Е7 жидкая холодная смесь переохлаждается, прежде чем она будет отведена по трубопроводу 7, а в клапане «а» ее давление понизится до самого низкого.

В порядке альтернативы клапану «а», изображенному на фигуре, может быть предусмотрен жидкостной экспандер, служащий для понижения рабочего давления холодильной смеси на холодном конце теплообменника Е7.

Холодильная смесь с пониженным давлением, снова поданная в теплообменник Е7, служит для сжижения и переохлаждения потока природного газа. Предпочтительным образом холодильная смесь при сжижении и переохлаждении потока природного газа испаряется полностью, так что полностью испарившийся поток холодильной смеси по трубопроводу 8 отводится из теплообменника Е7 и подается в теплообменник Е6. В последнем холодильная смесь, прежде чем она по трубопроводу 9 будет снова подана на вход блока V2/V2', перегревается относительно охлаждаемого потока природного газа.

Уже упомянутый циркуляционный контур сверхчистого вещества содержит также многоступенчатый блок V1 компрессора, к которому относится конденсатор Е8. Хладагент, сжатый до желательного конечного давления, по трубопроводу 10 подается в точку разветвления, в которой часть потока хладагента расширяется через клапан b в уже упомянутый теплообменник Е1, а из него по трубопроводам 11 и 13 снова подается в блок V1 компрессора. Вторая часть потока по трубопроводу 12 и через клапан с расширяется в теплообменник Е2.

В то время как газообразная составляющая хладагента по трубопроводу 13 отводится из теплообменника Е2 и подается в блок V1 компрессора, жидкая составляющая хладагента по трубопроводу 14 отводится из теплообменника Е2 и через клапан расширяется в теплообменник Е3. Снова происходит отделение газообразной составляющей хладагента, которая по трубопроводу 15 подается в блок V1 компрессора на промежуточной ступени, в то время как по трубопроводу 16 жидкая составляющая хладагента отводится и через клапан е расширяется в теплообменник Е4. Из него газообразная составляющая хладагента по трубопроводу 17 также подается в блок V1 компрессора на промежуточной ступени, в то время как по трубопроводу 18 жидкая составляющая хладагента отводится и через клапан f расширяется в последний теплообменник Е5. По трубопроводу 19 полностью испарившийся хладагент подается в блок V1 компрессора на самой низкой ступени давления.

Вместо изображенного на фигуре охлаждения холодильной смеси в теплообменниках Е2-Е5 на практике могут быть реализованы менее четырех теплообменников. Число теплообменников по существу определяется окружающей температурой и числом рабочих колес в турбокомпрессоре.

Способ сжижения фракции, обогащенной углеводородами, согласно изобретению определяет процесс сжижения, который при уменьшенных затратах на оборудование имеет лучшую общую экономичность, причем это должно достигаться за счет незначительного повышения энергопотребления. Принцип действия согласно изобретению, в частности, подходит для диапазона производительности 0,5-3 млн. т сжижаемого природного газа (LNG) в год.

Изобретение относится к способу сжижения фракции, обогащенной углеводородами. Способ сжижения фракции, обогащенной углеводородами, включает следующие этапы. Охлаждение и сжижение фракции, обогащенной углеводородами, происходят путем косвенного теплообмена с холодильной смесью циркуляционного контура холодильной смеси. Охлаждение фракции, обогащенной углеводородами, происходит путем косвенного теплообмена с полностью испарившейся холодильной смесью циркуляционного контура холодильной смеси. Сжатая холодильная смесь циркуляционного контура холодильной смеси предварительно охлаждается с помощью циркуляционного контура чистого вещества. Состав холодильной смеси и/или конечное давление компрессора циркуляционного контура холодильной смеси выбираются таким образом, чтобы холодильная смесь полностью сжижалась с помощью циркуляционного контура чистого вещества. Изобретение направлено на повышение экономичности при незначительном повышении энергопотребления. 4 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ сжижения фракции, обогащенной углеводородами, причем
а) охлаждение (Е6) и сжижение (Е7) фракции (1, 2), обогащенной углеводородами, происходят путем косвенного теплообмена с холодильной смесью циркуляционного контура (5-9) холодильной смеси,
б) охлаждение (Е6) фракции (1, 2), обогащенной углеводородами, происходит путем косвенного теплообмена с полностью испарившейся холодильной смесью циркуляционного контура (5-9) холодильной смеси,
в) сжатая холодильная смесь циркуляционного контура (5-9) холодильной смеси предварительно охлаждается с помощью циркуляционного контура (10-19) чистого вещества, а
г) состав холодильной смеси и/или конечное давление компрессора циркуляционного контура (5-9) холодильной смеси выбираются таким образом, чтобы холодильная смесь полностью сжижалась с помощью циркуляционного контура (10-19) чистого вещества.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что хладагент циркуляционного контура (10-19) чистого вещества состоит по меньшей мере на 95 объемных % из С₃Н₈, С₃Н₆, С₂Н₆, С₂Н₄ или CO₂.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что холодильная смесь циркуляционного контура (5-9) холодильной смеси содержит азот, метан и по меньшей мере два компонента из группы С₂Н₄, С₂Н₆, С₃Н₈, С₄Н₁₀ и C₅H₁₂.

4. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что холодильная смесь циркуляционного контура (5-9) холодильной смеси при сжижении (Е7) фракции (3), обогащенной углеводородами, полностью испаряется.

5. Способ по п. 3, отличающийся тем, что холодильная смесь циркуляционного контура (5-9) холодильной смеси при сжижении (Е7) фракции (3), обогащенной углеводородами, полностью испаряется.