СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ОДНО- ИЛИ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ПОТОКА Российский патент 2016 года по МПК F25J1/00 

Изобретение относится к способу охлаждения одно- или многокомпонентного потока, в частности обогащенной углеводородами фракции, косвенным теплообменом со смесью охлаждающего средства в циркуляционном контуре смеси охлаждающего средства, причем смесь охлаждающего средства сжимают по меньшей мере в двух ступенях и разделяют на низкокипящую, сжатую до конечного давления в циркуляционном контуре смеси охлаждающего средства, фракцию смеси охлаждающего средства и по меньшей мере одну высококипящую, сжатую до промежуточного давления, фракцию смеси охлаждающего средства.

Соответствующий родовому определению способ охлаждения одно- или многокомпонентного потока известен, например, из патента DE-C 19722490. Подобные способы охлаждения или, соответственно, сжижения находят применение, например, в рассчитанных на базисную нагрузку установках для сжижения. При этом низкокипящие, а также высококипящие фракции смеси охлаждающего средства испаряют посредством охлаждаемого или, соответственно, сжижаемого потока при различных уровнях температуры. С помощью этого способа раздельное проведение потока может благоприятно влиять на температурный профиль, достигаемый в теплообменнике или, соответственно, теплообменниках. Однако описанный в DE-C 19722490 способ по сравнению с циркуляционными контурами для смеси, в которых подобное разделение не производят, требует известных дополнительных расходов на оборудование и регулирование.

Задача настоящего изобретения состоит в создании соответствующего рассмотренному типу способа охлаждения одно- или многокомпонентного потока, который, в частности, пригоден для сжижения обогащенного углеводородами потока и который требует меньших затрат на оборудование и/или регулирование.

Для решения этой задачи предложен соответствующий рассмотренному типу способ охлаждения одно- или многокомпонентного потока, который отличается тем, что высококипящую фракцию смеси охлаждающего средства нагнетают до давления низкокипящей фракции охлаждающего средства и перед косвенным теплообменом или непосредственно в его начале объединяют с низкокипящей фракцией смеси охлаждающего средства.

В результате предусмотренного согласно изобретению объединения высококипящей, а также низкокипящей фракции смеси охлаждающего средства снижаются затраты на оборудование и регулирование. Однако при этом не происходит возрастание энергопотребления циркуляционным контуром смеси охлаждающего средства. Дополнительные капиталовложения, а также эксплуатационные затраты обусловливаются дополнительно предусматриваемым насосом, с помощью которого высококипящую фракцию смеси охлаждающего средства нагнетают до давления низкокипящей фракции смеси охлаждающего средства.

Дополнительные предпочтительные варианты исполнения соответствующего изобретению способа охлаждения одно- или многокомпонентного потока, которые представляют предмет зависимых пунктов патентной формулы, отличаются тем, что

- нагнетание высококипящей фракции смеси охлаждающего средства проводят в одну или несколько ступеней, и

- объединение или, соответственно, смешение высококипящей и низкокипящей фракций смеси охлаждающего средства выполняют в специально для этого сформированной области теплообменника.

Соответствующий изобретению способ охлаждения одно- или многокомпонентного потока, а также дополнительные предпочтительные варианты исполнения его далее будут более подробно разъяснены с помощью примера исполнения, представленного на единственном фигуре 1.

На фигуре 1 показан способ охлаждения и сжижения обогащенной углеводородами азотсодержащей сырьевой фракции, при котором процесс сжижения включает получение высококонцентрированной азотной фракции. Подобный способ, например, представляет собой предмет неопубликованной заявки DE-А 102009038458. Цитированием этого документа его содержание полностью включено в раскрытие настоящей заявки.

Через трубопровод 100 обогащенную углеводородами азотсодержащую сырьевую фракцию сначала направляют в необязательно предусмотренное сушильное устройство А и затем по трубопроводу 101 в теплообменник Е1. В нем сырьевая фракция сжижается и переохлаждается посредством описываемых ниже технологических потоков. По трубопроводу 102, в котором предусмотрен редукционный клапан d, переохлажденную сырьевую фракцию подают в разделительную колонну Т1. Из ее отстойника через трубопровод 106 обогащенную углеводородами азотсодержащую фракцию выводят и охлаждают в теплообменнике Е4. После расширения в вентиле е эту фракцию по участкам 107 и 108 трубопровода направляют в сепаратор D1. Из донной части этого сепаратора по трубопроводу 109 выводят жидкостную фракцию LNG-продукта и направляют в резервуар L для хранения LNG (сжиженного природного газа).

Из головной части разделительной колонны Т1 по трубопроводу 104 выводят высококонцентрированную азотную фракцию; содержание азота в ней обычно составляет между 90 и 100 объемных процентов. Эту азотную фракцию подогревают в теплообменниках Е4 и Е1 с помощью охлаждаемых технологических потоков и затем выводят из процесса по трубопроводу 105.

Для проведения протекающего в разделительной колонне Т1 процесса разделения через трубопровод 103 выводят боковую фракцию, охлаждают в теплообменнике Е4 и вводят в разделительную колонну Т1 в качестве флегмы.

Из головной части сепаратора D1 по трубопроводу 112 выводят обогащенную азотом фракцию. С использованием трубопровода 110, ее смешивают с парами, выделившимися в резервуаре L для хранения LNG из сжиженного природного газа, сжатыми с помощью компрессоре С2. Этот поток по трубопроводу 113 пропускают через теплообменник Е1 и подогревают посредством охлаждаемых технологических потоков. Нагретый поток по трубопроводу 114 направляют в компрессорный узел С1, предпочтительно скомпонованный как многоступенчатый, в котором сжимают до желательного давления сжижения и затем по трубопроводу 115 примешивают к сырьевой фракции 100. Насколько это необходимо или необязательно, может быть предусмотрено аминное промывное устройство A' (для удаления кислотных газов).

Вышеописанный способ в особенности пригоден для применения, когда концентрация азота в конечном продукте LNG должна быть ограничена уровнем 1% по объему. Иначе в случае более высокой концентрации азота это может обусловить внутри резервуара для хранения LNG нежелательные и опасные расслоения вследствие различающихся плотностей.

Скомпонованный согласно изобретению циркуляционный контур 1-9 смеси охлаждающего средства включает двухступенчатый компрессорный узел С11, размещенный выше по потоку относительно этого компрессорного узла сепаратор D10, а также два сепаратора D11 и D12, размещенных ниже по потоку относительно этих обеих компрессорных ступеней. Кроме того, в отличие от способа, описанного в патентном документе DE-С 19722490, предусмотрен скомпонованный как одно- или многоступенчатый насос или, соответственно, насосный узел Р11.

Смесь охлаждающего средства, испаренную в теплообменнике Е1 с помощью сжижаемого сырьевого потока 101, по трубопроводу 1 направляют в вышеуказанный сепаратор D10. Газовую фазу, выводимую из головной части этого сепаратора по трубопроводу 2, вводят в первую компрессорную ступень компрессорного узла С11, с ее помощью сжимают до желательного промежуточного давления. По трубопроводу 3 сжатую смесь охлаждающего средства после прохода через дополнительное охлаждающее устройство Е11 вводят в сепаратор D11. Из его отстойника по трубопроводу 5 выводят высококипящую фракцию смеси охлаждающего средства и с помощью насоса или, соответственно, насосного узла Р11 нагнетают до давления еще описываемой газообразной низкокипящей фракции охлаждающей смеси. По трубопроводу 5', в котором размещают регулировочный вентиль b, эту жидкостную фракцию направляют на вход теплообменника Е1.

Газовую фазу, выведенную из сепаратора D11 через трубопровод 4, направляют во вторую компрессорную ступень компрессорного узла 11 и с ее помощью сжимают до желательного конечного давления в циркуляционном контуре смеси охлаждающего средства. По трубопроводу 6 сжатую смесь охлаждающего средства после прохода через дополнительное охлаждающее устройство Е12 вводят в сепаратор D12. Образовавшуюся в отстойнике сепаратора жидкостную фракцию по трубопроводу 7, в котором размещают регулировочный вентиль с, возвращают на вход сепаратора D11. Из головной части сепаратора D12 по трубопроводу 8 выводят низкокипящую, сжатую до желательного конечного давления газообразную фракцию смеси охлаждающего средства, и тоже возвращают в теплообменник Е1.

Согласно изобретению жидкостные, а также газообразные фракции смеси охлаждающего средства 5' и 8 объединяют до или непосредственно в самом начале теплообмена, происходящего в теплообменнике Е1, и вводят в теплообменник Е1 в виде двухфазного потока. Двухфазная смесь охлаждающего средства охлаждается в теплообменнике Е1 под давлением и при этом полностью сжижается. На холодном конце теплообменника Е1 смесь охлаждающего средства выходит по трубопроводу 9, расширяется в вентиле а и затем при новом проходе через теплообменник Е1 полностью испаряется.

В отличие от способа, описанного в патентном документе DE-С 19722490, в соответствующем изобретению способе невозможно никакое целенаправленное воздействие на температурный профиль в теплообменнике Е1. Поскольку это в многочисленных ситуациях применения не требуется, соответствующий изобретению способ, который имеет результатом небольшие затраты на оборудование и регулирование, может быть преимущественным в многочисленных вариантах применения.

Изобретение относится к способу охлаждения одно- или многокомпонентного потока косвенным теплообменом со смесью охлаждающего средства в циркуляционном контуре смеси охлаждающего средства. Смесь охлаждающего средства сжимают в две ступени, разделяют на низкокипящую, сжатую до конечного давления циркуляционного контура смеси охлаждающего средства, фракцию смеси охлаждающего средства и одну высококипящую, сжатую до промежуточного давления фракцию смеси охлаждающего средства. Высококипящую фракцию смеси охлаждающего средства нагнетают до давления низкокипящей фракции смеси охлаждающего средства и перед косвенным теплообменом или непосредственно в его начале объединяют с низкокипящей фракцией смеси охлаждающего средства. Техническим результатом является создание способа охлаждения, который требует меньших затрат на оборудование и регулирование. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ охлаждения одно- или многокомпонентного потока, в частности обогащенной углеводородами фракции, косвенным теплообменом со смесью охлаждающего средства в циркуляционном контуре смеси охлаждающего средства, причем смесь охлаждающего средства сжимают по меньшей мере в две ступени и разделяют на низкокипящую, сжатую до конечного давления циркуляционного контура смеси охлаждающего средства, фракцию смеси охлаждающего средства и по меньшей мере одну высококипящую, сжатую до промежуточного давления, фракцию смеси охлаждающего средства, отличающийся тем, что высококипящую фракцию (5) смеси охлаждающего средства нагнетают (Р11) до давления низкокипящей фракции (8) смеси охлаждающего средства и перед косвенным теплообменом (Е1) или непосредственно в его начале объединяют с низкокипящей фракцией (8) смеси охлаждающего средства.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что нагнетание (Р11) высококипящей фракции (5) смеси охлаждающего средства проводят в одну или несколько ступеней.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что объединение или, соответственно, смешение высококипящей (5') и низкокипящей фракций (8) смеси охлаждающего средства проводят в специально для этого сформированной области теплообменника (Е1).