Комплекс сжижения природного газа с модулем удаления инертов (варианты) Российский патент 2020 года по МПК F25J1/00 

Группа изобретений относится к газоперерабатывающей промышленности и может использоваться при переработке газа для извлечения сжиженных углеводородных газов из природного газа, получения сжиженного природного газа (СПГ).

Сжиженный природный газ дает возможность газификации объектов, удаленных от магистральных трубопроводов на большие расстояния, путем создания резерва СПГ непосредственно у потребителя, избегая строительства дорогостоящих трубопроводных систем.

Неочищенный природный газ, добываемый из подземных пластов, как правило, содержит компоненты, которые являются нежелательными в процессе СПГ. Такие компоненты следует отделять, максимально очищая поток природного газа, направляемого на сжижение, поскольку они могут вызывать неблагоприятное воздействие на безопасность работы агрегатов установки СПГ или неблагоприятно влиять на характеристики продукта СПГ.

Ключевыми характеристиками установок для сжижения природного газа являются эффективность их работы и качество получаемого в технологическом процессе сжиженного природного газа.

Известна установка для сжижения природного газа, Архаров A.M. и др. Криогенные системы: Основы теории и расчета: Учебник для студентов вузов по специальности «Криогенная техника» - 2-е изд., перераб и доп. - М.: Машиностроение, 1988, стр. 242-243, в которой цикл сжижения осуществляется с предварительным охлаждением и дросселированием и включает повышение давления газа, его последовательное охлаждение в первом теплообменнике обратным потоком газа, в испарителе холодильной машины, во втором теплообменнике обратным потоком газа, снижение давления охлажденного газа и его разделение на целевую жидкость и паровую фазу, отвод целевой жидкости потребителю, а паровой фазы во второй теплообменник с образованием обратного потока и затем в первый теплообменник, смешивание обратного потока с новой порцией исходного природного газа и направление его на повышение давления. Известная установка позволяет получать СПГ, однако, она недостаточно автономна и малоэффективна при переработке сырьевого газа с повышенным содержанием низкокипящих (неконденсирующихся при температурах жидкого метана) компонентов.

Известна установка для сжижения природного газа в соответствии с патентом RU 2355959, МПК F25J 3/00, опубл. 20.05.2009 г. на изобретение «Способ извлечения низкокипящих компонентов природного газа при его сжижении в замкнутом контуре и установка для его осуществления», которая содержит компрессор для повышения давления исходного газа, блок очистки и осушки сжатого газа для удаления диоксида углерода, сернистых соединений и паров воды, два метановых противоточных теплообменника для охлаждения сжатого газа обратным циркуляционным потоком газа, холодильную машину, расположенную между двумя метановыми теплообменниками, эжектор для дросселирования охлажденного прямого потока сжатого газа в первый сепаратор и откачки паров газа из второго сепаратора, устройства для дросселирования жидкой фазы из первого сепаратора высокого давления во второй сепаратор низкого давления. Установка дополнительно снабжена конденсатором-испарителем и третьим сепаратором, а также двумя дроссельными устройствами для конденсации части обратного потока, отделения низкокипящих компонентов от метана из циркуляционного контура и их сброса. При эксплуатации известной установки повышается выход целевого продукта за счет непрерывного удаления низкокипящих компонентов из циркуляционного обратного потока без дополнительных затрат энергии, однако, при этом задействована масса дополнительного оборудования, что повышает металлоемкость, снижает надежность и, в целом, отрицательно влияет на эффективность работы известной установки.

Целью изобретения является повышение эффективности комплекса сжижения, обеспечение 100% сжижения природного газа, повышение качества продукционного СПГ.

Техническим результатом изобретения является разработка простого, автономного, транспортабельного, эффективного комплекса, обеспечивающего 100% сжижение сырьевого газа, подаваемого на сжижение, позволяющего перерабатывать сырьевой газ с повышенным содержанием низкокипящих (неконденсирующихся при температурах жидкого метана) компонентов.

Поставленная цель и требуемый технический результат достигаются за счет того, что в первом варианте комплекс сжижения природного газа выполнен в блочном исполнении, подключен к трубопроводу подачи природного газа и содержит соединенные между собой трубопроводами подвода, отвода природного газа блоки комплексной очистки, компрессии, блок сжижения, блок газовой электростанции, смеситель и криогенную емкость для сжиженного природного газа. Блок компрессии подключен к блоку аппаратов воздушного охлаждения и содержит два, но не ограничиваясь этим, параллельно подключенных компрессора, а к блоку сжижения подключен блок холодильной машины. Блок сжижения содержит модуль удаления инертных газов, дроссель-эжектор, дроссельный клапан, дроссельный вентиль, фазовый сепаратор с датчиком уровня жидкой фазы, датчик температуры потока газа и последовательно соединенные первый и второй противоточные теплообменные аппараты, причем между противоточными теплообменными аппаратами подключен последовательно к ним вспомогательный теплообменный аппарат, соединенный трубопроводами подвода, отвода хладоносителя с блоком холодильной машины. Датчики уровня жидкой фазы и температуры потока газа соединены электрической связью с управляющими механизмами соответственно дроссельного вентиля и дроссельного клапана. Модуль удаления инертных газов содержит ректификационную колонну с конденсатором и дроссельный клапан модуля. Трубопровод подвода природного газа с прямым потоком после блока комплексной очистки проходит через смеситель и подключен на вход блока компрессии, на выходе из которого трубопровод подвода природного газа проходит последовательно через первый противоточный, вспомогательный и второй противоточный теплообменные аппараты блока сжижения, после которых трубопровод прямого потока через дроссель-эжектор подключен на вход фазового сепаратора, на выходе из которого трубопровод прямого потока с жидкой фазой через дроссельный вентиль подключен ко входу криогенной емкости для направления потребителю сжиженного природного газа. Верхний выход криогенной емкости и вход дроссель-эжектора соединены трубопроводом отвода пара. На выходе из второго противоточного теплообменного аппарата на трубопроводе прямого потока установлен датчик температуры потока газа, также, на выходе из второго противоточного теплообменного аппарата от трубопровода прямого потока ответвляется трубопровод дополнительного потока, который подключен на вход дроссельного клапана, после чего проходит последовательно второй и первый противоточные теплообменные аппараты, и, при выходе из блока сжижения, через смеситель, замыкая цикл, подключен на вход блока компрессии. К выходу фазового сепаратора подключен трубопровод обратного потока с паровой фазой, который проходит последовательно через второй и первый противоточные теплообменные аппараты и, при выходе из блока сжижения делится на две ветви: первая ветвь трубопровода обратного потока подключена на вход блока компрессии, а вторая ветвь трубопровода обратного потока подключена на вход блока газовой электростанции. От трубопровода обратного потока на выходе из фазового сепаратора ответвляется вспомогательная ветвь, подключенная на вход ректификационной колонны модуля удаления инертных газов, а от трубопровода с жидкой фазой перед дроссельным вентилем ответвляется дополнительная ветвь, подключенная на вход дроссельного клапана модуля и через конденсатор к ректификационной колонне. Выходы конденсатора и ректификационной колонны подсоединены ко входу криогенной емкости для сжиженного природного газа.

Поставленная цель и требуемый технический результат достигаются также за счет того, что во втором варианте комплекс сжижения природного газа выполнен в блочном исполнении, подключен к трубопроводу подачи природного газа и содержит соединенные между собой трубопроводами подвода, отвода природного газа блоки комплексной очистки, компрессии, блок сжижения, блок газовой электростанции, смеситель и криогенную емкость для сжиженного природного газа. Блок компрессии подключен к блоку аппаратов воздушного охлаждения и содержит два, но не ограничиваясь этим, параллельно подключенных компрессора. К блоку сжижения подключен блок холодильной машины. Блок сжижения содержит модуль удаления инертных газов, дроссель-эжектор, дроссельный клапан, дроссельный вентиль, фазовый сепаратор с датчиком уровня жидкой фазы, датчик температуры потока газа и последовательно соединенные первый и второй противоточные теплообменные аппараты, причем между противоточными теплообменными аппаратами подключены последовательно к ним первый и второй вспомогательные теплообменные аппараты, каждый из которых соединен трубопроводами подвода, отвода хладоносителя с блоком холодильной машины. Между вспомогательными теплообменными аппаратами подключен последовательно к ним дополнительный противоточный теплообменный аппарат, а датчики уровня жидкой фазы и температуры потока газа соединены электрической связью с управляющими механизмами соответственно дроссельного вентиля и дроссельного клапана. Модуль удаления инертных газов содержит ректификационную колонну с конденсатором и дроссельный клапан модуля. Трубопровод подвода природного газа после блока комплексной очистки проходит через смеситель и подключен на вход блока компрессии, на выходе из которого трубопровод подвода природного газа с прямым потоком проходит последовательно через первый противоточный, первый вспомогательный, дополнительный, второй вспомогательный и второй противоточный теплообменные аппараты блока сжижения, после которых трубопровод прямого потока через дроссель-эжектор подключен на вход фазового сепаратора, на выходе из которого трубопровод прямого потока с жидкой фазой через дроссельный вентиль подключен ко входу криогенной емкости для направления потребителю сжиженного природного газа. Верхний выход криогенной емкости и вход дроссель-эжектора соединены трубопроводом отвода пара. На выходе из второго противоточного теплообменного аппарата на трубопроводе прямого потока установлен датчик температуры потока газа, также, на выходе из второго противоточного теплообменного аппарата от трубопровода прямого потока ответвляется трубопровод дополнительного потока, который подключен на вход дроссельного клапана, после чего проходит последовательно второй, дополнительный и первый противоточные теплообменные аппараты, и, при выходе из блока сжижения, через смеситель, замыкая цикл, подключен на вход блока компрессии. К выходу фазового сепаратора подключен трубопровод обратного потока с паровой фазой, который проходит последовательно через второй, дополнительный и первый противоточные теплообменные аппараты и, при выходе из блока сжижения делится на две ветви: первая ветвь трубопровода обратного потока подключена на вход блока компрессии, а вторая ветвь трубопровода обратного потока подключена на вход блока газовой электростанции. От трубопровода обратного потока на выходе из фазового сепаратора ответвляется вспомогательная ветвь, подключенная на вход ректификационной колонны модуля удаления инертных газов, а от трубопровода с жидкой фазой перед дроссельным вентилем ответвляется дополнительная ветвь, подключенная на вход дроссельного клапана модуля и через конденсатор к ректификационной колонне. Выходы конденсатора и ректификационной колонны подсоединены ко входу криогенной емкости для сжиженного природного газа.

Комплекс сжижения природного газа с модулем удаления инертных газов (варианты) относится к установкам полного сжижения и позволяет получать в виде СПГ до 100% сырьевого газа, поступающего из блока комплексной очистки (БКО). Комплекс может быть подключен практически к любому источнику природного газа.

Конструктивное исполнение вариантов комплекса сжижения природного газа в виде отдельных блоков, допускающее поставку комплекса сжижения в 100% заводской готовности и упрощающее его транспортировку, позволяет использовать такой комплекс при организации временных производств СПГ. Наличие блока газовой электростанции позволяет обеспечить автономность работы комплекса в части энергообеспечения, повышая эффективность работы комплекса. Подключение двух трубопроводов с обратными потоками (трубопровод обратного потока и трубопровод дополнительного потока) позволяет повысить эффективность и универсальность схем комплекса при изменении параметров сырьевого газа. Повышение выхода целевого продукта (СПГ) в результате непрерывного удаления низкокипящих компонентов из циркуляционного обратного потока без дополнительных затрат энергии также обеспечивает повышение эффективности работы комплекса.

Группа изобретений будет более понятна из описания, не имеющего ограничительного характера и приводимого со ссылками на прилагаемые чертежи.

На Фиг. 1 изображена общая схема комплекса по первому варианту.

На Фиг. 2 изображена общая схема комплекса по второму варианту.

Комплекс сжижения по первому варианту исполнения содержит блок 1 комплексной очистки, смеситель (на чертеже не обозначен), блок 5 компрессии, включающий параллельно подключенные компрессора 2, 3, 4, блок 10 сжижения с модулем 11 удаления инертных газов, блок 8 аппаратов воздушного охлаждения с аппаратами 6 воздушного охлаждения и вентиляторами 7, блок 9 холодильной машины, блок 12 газовой электростанции, дроссель-эжектор 20, дроссельный клапан 13, дроссельный вентиль 14, фазовый сепаратор 15 с датчиком 19 уровня жидкой фазы, противоточные теплообменные аппараты 23, 24, датчик 18 температуры потока газа, вспомогательный теплообменный аппарат 27 и криогенную емкость 21 для сжиженного природного газа. Кроме этого, на чертеже обозначены трубопровод 25 дополнительного потока и трубопровод 26 обратного потока. Модуль 11 удаления инертных газов содержит ректификационную колонну 16 с конденсатором 22 и дроссельный клапан 17 модуля.

По первому варианту исполнения комплекс работает следующим образом. Сырьевой природный газ проходит блок 1 комплексной очистки, в котором производится его фильтрация, осушка, демеркуризация и, затем, через смеситель поступает в циркуляционный контур комплекса сжижения. Циркуляция природного газа обеспечивается компрессорами 2, 3, 4 блока 5 компрессии, при этом, для обеспечения необходимого количества циркулирующего природного газа предусмотрено параллельное включение нескольких однотипных компрессоров. На чертеже, в качестве примера, показаны три работающих компрессора. Охлаждение компрессоров обеспечивается циркуляцией хладоносителя, охлаждаемого в блоке 8 аппаратов воздушного охлаждения, в котором установлены аппараты 6 воздушного охлаждения и вентиляторы 7. В блоке 10 сжижения прямой поток газа в трубопроводе подвода природного газа проходит последовательно через противоточные и вспомогательный теплообменные аппараты 23, 27, 24, в которых прямой поток газа (поток высокого давления) охлаждается до криогенных температур, после чего подается на расширение в дроссель-эжектор 20. Вспомогательный теплообменный аппарат 27 подключен в блоке 10 сжижения последовательно между противоточными теплообменными аппаратами 23, 24 и имеет внешнее охлаждение за счет циркуляции хладоносителя от блока 9 холодильной машины. Подключение вспомогательного теплообменного аппарата 27 и организация посредством блока 9 холодильной машины внешнего охлаждения за счет выработки умеренного холода и повышения эффективности теплообменных аппаратов, обеспечивают снижение нагрузки на низкотемпературную часть основного холодопроизводящего контура, что ведет к снижению общей потребляемой мощности оборудования комплекса. После теплообменных аппаратов 23, 27, 24 блока 10 сжижения трубопровод с прямым потоком через дроссель-эжектор 20 подключен на вход фазового сепаратора 15, отделяющего жидкую фазу от паровой, на выходе из которого трубопровод прямого потока с жидкой фазой через дроссельный вентиль 14 подключен ко входу криогенной емкости 21 для направления потребителю сжиженного природного газа. Пар, полученный в результате дросселирования в дроссельном вентиле 14 насыщенной жидкости откачивается из криогенной емкости 21 посредством дроссель-эжектора 20 по трубопроводу отвода пара, соединяющем верхний выход криогенной емкости 21 и вход дроссель-эжектора 20.

На трубопроводе с прямым потоком на выходе из противоточного теплообменного аппарата 24 установлен датчик 18 температуры потока газа, соединенный электрической связью с управляющими механизмами дроссельного клапана 13, позволяющий регулировать объем поступления холодного потока в трубопровод 25 при изменении фактической температуры газа в трубопроводе с прямым потоком. Фазовый сепаратор 15 исполнен с датчиком 19 уровня жидкой фазы, соединенным электрической связью с управляющими механизмами дроссельного вентиля 14, позволяющим регулировать количество отбираемой из фазового сепаратора 15 жидкой фазы, направляемой в криогенную емкость 21.

Трубопровод 26 обратного потока с паровой фазой подсоединен и проходит последовательно через противоточные теплообменные аппараты 24 и 23, где паровая фаза прогревается, отбирая тепло у потока высокого давления. Температура обратного потока в трубопроводе 26 на выходе из противоточного теплообменного аппарата 23 близка к температуре прямого потока в трубопроводе подвода природного газа на входе в блок 10 сжижения. При выходе из блока 10 сжижения первая ветвь трубопровода 26 обратного потока подключена на вход блока 5 компрессии, а вторая ветвь трубопровода 26 обратного потока подключена на вход блока 12 газовой электростанции. Топливный газ для блока 12 газовой электростанции отбирается из трубопровода 26 обратного потока, поскольку данный газ имеет в своем составе наибольшее содержание инертов. Блок 12 газовой электростанции обеспечивает автономность работы комплекса в целом, вырабатывая электроэнергию на его собственные нужды.

От трубопровода подвода природного газа с прямым потоком на выходе из противоточного теплообменного аппарата 24 отделяется трубопровод 25 дополнительного потока, который подключен на вход дроссельного клапана 13, после чего проходит последовательно противоточные теплообменные аппараты 24 и 23, в которых дополнительный поток трубопровода 25 прогревается, отбирая тепло у потока высокого давления. При выходе из блока 10 сжижения, через смеситель, смешиваясь с подпиточным потоком природного газа и замыкая цикл сжижения, трубопровод 25 дополнительного потока подключен на вход блок 5 компрессии. Температура дополнительного потока в трубопроводе 25 на выходе из противоточного теплообменного аппарата 23 близка к температуре прямого потока в трубопроводе подвода природного газа на входе в блок 10 сжижения. Расход природного газа в трубопроводе 25 дополнительного потока регулируется датчиком 18 температуры потока газа. Охлажденный при расширении в дроссельном клапане 13 дополнительный поток служит дополнительным источником холода, позволяет уменьшить нагрузку на нижестоящие аппараты, стабилизировать состав прямого потока газа в трубопроводе подвода природного газа.

Модуль 11 удаления инертных газов в блоке 10 сжижения представляет собой ректификационную колонну 16 с конденсатором 22 в ее верхней части, с подсоединенным к нему дроссельным клапаном 17 модуля. В ректификационную колонну 16 отбирается часть обратного потока из трубопровода 26 по вспомогательной ветви. Количество отбора регулируется по давлению в ректификационной колонне 16. От трубопровода с жидкой фазой перед дроссельным вентилем 14 ответвляется дополнительная ветвь, подключенная на вход дроссельного клапана 17 модуля и через конденсатор 22 к ректификационной колонне 16. Холодный газ по вспомогательной ветви подается в нижнюю часть ректификационной колонны 16 и устремляется в ее верхнюю часть через тепло-массообменное устройство (на чертеже не обозначено). Противотоком к пару в колонне 16 движется сконденсированная в конденсаторе 22 жидкая фаза (флегма). Из конденсатора 22 удаляются не конденсирующиеся газы, а жидкая фаза стекает вниз, через массообменное устройство ректификационной колонны 16 в сборник жидкой фазы в нижней части колонны 16, откуда обогащенная метаном жидкая фаза отводится в криогенную емкость 21 для сжиженного природного газа. Отбор жидкой фазы регулируется по уровню в сборнике жидкости. Источником холода в конденсаторе 22 служит часть потока жидкой фазы, расширенная в дроссельном клапане 17 модуля до давления, близкого к давлению в криогенной емкости 21. Двухфазный холодный поток после конденсатора 22 подается в криогенную емкость 21, и образовавшаяся там паровая фаза откачивается посредством дроссель-эжектора 20.

Комплекс сжижения по второму варианту исполнения содержит блок 1 комплексной очистки, смеситель (на чертеже не обозначен), блок 5 компрессии, включающий параллельно подключенные компрессора 2, 3, 4, блок 10 сжижения с модулем 11 удаления инертных газов, блок 8 аппаратов воздушного охлаждения с аппаратами 6 воздушного охлаждения и вентиляторами 7, блок 9 холодильной машины, блок 12 газовой электростанции, дроссель-эжектор 20, дроссельный клапан 13, дроссельный вентиль 14, фазовый сепаратор 15 с датчиком 19 уровня жидкой фазы, противоточные теплообменные аппараты 23, 24, датчик 18 температуры потока газа, вспомогательные теплообменные аппараты 27, 28, дополнительный теплообменный аппарат 29 и криогенную емкость 21 для сжиженного природного газа. Кроме этого, на чертеже обозначены трубопровод 25 дополнительного потока и трубопровод 26 обратного потока. Модуль 11 удаления инертных газов содержит ректификационную колонну 16 с конденсатором 22 и дроссельный клапан 17 модуля.

По второму варианту исполнения комплекс работает следующим образом. Сырьевой природный газ проходит блок 1 комплексной очистки, в котором производится фильтрация, осушка, демеркуризация газа и, затем, через смеситель поступает в циркуляционный контур комплекса сжижения. Циркуляция природного газа обеспечивается компрессорами 2, 3, 4 блока 5 компрессии. На чертеже, в качестве примера, показаны в работе три однотипных компрессора. Охлаждение компрессоров обеспечивается циркуляцией хладоносителя, охлаждаемого в блоке 8 аппаратов воздушного охлаждения, в котором установлены аппараты 6 воздушного охлаждения и вентиляторы 7. В блоке 10 сжижения прямой поток газа в трубопроводе подвода природного газа проходит последовательно через противоточные, вспомогательные и дополнительный теплообменные аппараты 23, 27, 29, 28, 24, в которых прямой поток газа (поток высокого давления) охлаждается до криогенных температур, после чего подается на расширение в дроссель-эжектор 20. Между противоточными теплообменными аппаратами 23, 24 с целью обеспечения дополнительного уровня внешнего охлаждения прямого потока в трубопроводе подвода природного газа, подключены последовательно к ним первый и второй вспомогательные теплообменные аппараты 27, 28, каждый из которых соединен трубопроводами подвода, отвода хладоносителя с блоком 9 холодильной машины. Между вспомогательными теплообменными аппаратами 27, 28, с целью рекуперации «холода» обратных потоков в трубопроводах 25 и 26 соответственно дополнительного и обратного потоков, подключен последовательно к ним дополнительный противоточный теплообменный аппарат 29. После теплообменных аппаратов 23, 27, 29, 28, 24 блока 10 сжижения трубопровод с прямым потоком через дроссель-эжектор 20 подключен на вход фазового сепаратора 15, отделяющего жидкую фазу от паровой, на выходе из которого трубопровод прямого потока с жидкой фазой через дроссельный вентиль 14 подключен ко входу криогенной емкости 21 для направления потребителю сжиженного природного газа. Пар, полученный в результате дросселирования в дроссельном вентиле 14 насыщенной жидкости откачивается из криогенной емкости 21 посредством дроссель-эжектора 20 по трубопроводу отвода пара, соединяющем верхний выход криогенной емкости 21 и вход дроссель-эжектора 20.

На трубопроводе с прямым потоком на выходе из противоточного теплообменного аппарата 24 установлен датчик 18 температуры потока газа, соединенный электрической связью с управляющими механизмами дроссельного клапана 13, позволяющий регулировать объем поступления холодного потока в трубопровод 25 при изменении фактической температуры газа в трубопроводе с прямым потоком. Фазовый сепаратор 15 исполнен с датчиком 19 уровня жидкой фазы, соединенным электрической связью с управляющими механизмами дроссельного вентиля 14, позволяющим регулировать количество отбираемой из фазового сепаратора 15 жидкой фазы, направляемой в криогенную емкость 21.

Трубопровод 26 обратного потока с паровой фазой подсоединен и проходит последовательно через противоточные теплообменные аппараты 24 и 23, где паровая фаза прогревается, отбирая тепло у потока высокого давления. Температура обратного потока в трубопроводе 26 на выходе из противоточного теплообменного аппарата 23 близка к температуре прямого потока в трубопроводе подвода природного газа на входе в блок 10 сжижения. При выходе из блока 10 сжижения первая ветвь трубопровода 26 обратного потока подключена на вход блока 5 компрессии, а вторая ветвь трубопровода 26 обратного потока подключена на вход блока 12 газовой электростанции. Топливный газ для блока 12 газовой электростанции отбирается из трубопровода 26 обратного потока, поскольку данный газ имеет в своем составе наибольшее содержание инертов. Блок 12 газовой электростанции обеспечивает автономность работы комплекса в целом, вырабатывая электроэнергию на его собственные нужды.

От трубопровода подвода природного газа с прямым потоком на выходе из противоточного теплообменного аппарата 24 отделяется трубопровод 25 дополнительного потока, который подключен на вход дроссельного клапана 13, после чего проходит последовательно противоточные теплообменные аппараты 24 и 23, в которых дополнительный поток трубопровода 25 прогревается, отбирая тепло у потока высокого давления. При выходе из блока 10 сжижения, через смеситель, смешиваясь с подпиточным потоком природного газа и замыкая цикл сжижения, трубопровод 25 дополнительного потока подключен на вход блок 5 компрессии. Температура дополнительного потока в трубопроводе 25 на выходе из противоточного теплообменного аппарата 23 близка к температуре прямого потока в трубопроводе подвода природного газа на входе в блок 10 сжижения. Расход природного газа в трубопроводе 25 дополнительного потока регулируется датчиком 18 температуры потока газа. Охлажденный при расширении в дроссельном клапане 13 дополнительный поток служит дополнительным источником холода, позволяет уменьшить нагрузку на нижестоящие аппараты, стабилизировать состав прямого потока газа в трубопроводе подвода природного газа.

Модуль 11 удаления инертных газов в блоке 10 сжижения представляет собой ректификационную колонну 16 с конденсатором 22 в ее верхней части, с подсоединенным к нему дроссельным клапаном 17 модуля. В ректификационную колонну 16 отбирается часть обратного потока из трубопровода 26 по вспомогательной ветви. Количество отбора регулируется по давлению в ректификационной колонне 16. От трубопровода с жидкой фазой перед дроссельным вентилем 14 ответвляется дополнительная ветвь, подключенная на вход дроссельного клапана 17 модуля и через конденсатор 22 к ректификационной колонне 16. Холодный газ по вспомогательной ветви подается в нижнюю часть ректификационной колонны 16 и устремляется в ее верхнюю часть через тепло-массообменное устройство (на чертеже не обозначено). Противотоком к пару в колонне 16 движется сконденсированная в конденсаторе 22 жидкая фаза (флегма). Из конденсатора 22 удаляются не конденсирующиеся газы, а жидкая фаза стекает вниз, через массообменное устройство ректификационной колонны 16 в сборник жидкой фазы в нижней части колонны 16, откуда обогащенная метаном жидкая фаза отводится в криогенную емкость 21 для сжиженного природного газа. Отбор жидкой фазы регулируется по уровню в сборнике жидкости. Источником холода в конденсаторе 22 служит часть потока жидкой фазы, расширенная в дроссельном клапане 17 модуля до давления, близкого к давлению в криогенной емкости 21. Двухфазный холодный поток после конденсатора 22 подается в криогенную емкость 21, и образовавшаяся там паровая фаза откачивается посредством дроссель-эжектора 20.

Отбор топливного газа для блока 12 в случае использования газопоршневой электростанции, выполняется со стороны низкого давления, как показано на прилагаемых чертежах. При использовании же газотурбинной электростанции, отбор топливного газа для блока 12 выполняется со стороны нагнетателя (на чертежах не показан) компрессора 4, до подмешивания сжатого им потока в трубопровод с прямым потоком.

В соответствии со вторым вариантом исполнения комплекса, подключение в схеме комплекса двух вспомогательных теплообменных аппаратов 27, 28, каждый из которых соединен трубопроводами подвода, отвода хладоносителя с блоком 9 холодильной машины, а также дополнительного противоточного теплообменного аппарата 29, за счет выработки умеренного холода и повышения эффективности теплообменных аппаратов, обеспечивают снижение нагрузки на низкотемпературную часть основного холодопроизводящего контура, при этом, выработка умеренного холода на двух уровнях температуры во внешней холодильной машине позволяет максимально снизить затраты мощности оборудования комплекса, повышая эффективность его работы.

В соответствии со всеми вариантами исполнения комплекса, сочетание работы модуля 11 удаления инертных газов и отбора топливного газа для блока 12 из трубопровода обратного потока позволяет стабилизировать состав циркулирующего в комплексе сжижения газа при относительно низких значениях концентраций не конденсирующихся газов, даже при их высокой концентрации в сырьевом газе, подаваемом на сжижение, одновременно позволяя обеспечить автономность работы комплекса в части энергообеспечения, повышая эффективность работы комплекса. Повышение эффективности работы комплекса сжижения природного газа, содержащего низкокипящие компоненты, в замкнутом контуре, достигается также за счет снижения удельных энергетических затрат и повышения выхода целевого продукта (СПГ) в результате непрерывного удаления низкокипящих компонентов из циркуляционного обратного потока без дополнительных затрат энергии.

Группа изобретений относится к газоперерабатывающей промышленности. Комплекс сжижения природного газа содержит блоки комплексной очистки, компрессии, сжижения и блок газовой электростанции. Блок сжижения содержит модуль удаления инертных газов, дроссель-эжектор, дроссельный клапан, дроссельный вентиль, фазовый сепаратор и два противоточных теплообменных аппарата, между которыми подключен вспомогательный теплообменный аппарат, соединенный с блоком холодильной машины. На выходе из второго противоточного теплообменного аппарата от трубопровода прямого потока ответвляется трубопровод, который подключен на вход дроссельного клапана и при выходе из блока сжижения через смеситель подключен на вход блока компрессии. К выходу фазового сепаратора подключен трубопровод обратного потока, который при выходе из блока сжижения делится на две ветви: первая ветвь подключена на вход блока компрессии, а вторая ветвь - на вход блока газовой электростанции. От трубопровода обратного потока на выходе из фазового сепаратора ответвляется ветвь, подключенная на вход ректификационной колонны модуля удаления инертных газов. От трубопровода с жидкой фазой перед дроссельным вентилем ответвляется дополнительная ветвь, подключенная через конденсатор к ректификационной колонне. Технический результат - обеспечение 100% сжижения природного газа, повышение качества продукционного СПГ. 2 н.з. ф-лы, 2 ил.

1. Комплекс сжижения природного газа, в блочном исполнении, подключенный к трубопроводу подачи природного газа, содержащий соединенные между собой трубопроводами подвода, отвода природного газа блоки комплексной очистки, компрессии, блок сжижения, блок газовой электростанции, смеситель и криогенную емкость для сжиженного природного газа, при этом блок компрессии подключен к блоку аппаратов воздушного охлаждения и содержит два, но не ограничиваясь этим, параллельно подключенных компрессора, а к блоку сжижения подключен блок холодильной машины, кроме этого, блок сжижения содержит модуль удаления инертных газов, дроссель-эжектор, дроссельный клапан, дроссельный вентиль, фазовый сепаратор с датчиком уровня жидкой фазы, датчик температуры потока газа и последовательно соединенные первый и второй противоточные теплообменные аппараты, причем между противоточными теплообменными аппаратами подключен последовательно к ним вспомогательный теплообменный аппарат, соединенный трубопроводами подвода, отвода хладоносителя с блоком холодильной машины, при этом датчики уровня жидкой фазы и температуры потока газа соединены электрической связью с управляющими механизмами соответственно дроссельного вентиля и дроссельного клапана, а модуль удаления инертных газов содержит ректификационную колонну с конденсатором и дроссельный клапан модуля, кроме этого, трубопровод подвода природного газа с прямым потоком после блока комплексной очистки проходит через смеситель и подключен на вход блока компрессии, на выходе из которого трубопровод подвода природного газа проходит последовательно через первый противоточный, вспомогательный и второй противоточный теплообменные аппараты блока сжижения, после которых трубопровод прямого потока через дроссель-эжектор подключен на вход фазового сепаратора, на выходе из которого трубопровод прямого потока с жидкой фазой через дроссельный вентиль подключен ко входу криогенной емкости для направления потребителю сжиженного природного газа, при этом верхний выход криогенной емкости и вход дроссель-эжектора соединены трубопроводом отвода пара, причем на выходе из второго противоточного теплообменного аппарата на трубопроводе прямого потока установлен датчик температуры потока газа, также на выходе из второго противоточного теплообменного аппарата от трубопровода прямого потока ответвляется трубопровод дополнительного потока, который подключен на вход дроссельного клапана, после чего проходит последовательно второй и первый противоточные теплообменные аппараты, и при выходе из блока сжижения, через смеситель, замыкая цикл, подключен на вход блока компрессии, кроме этого, к выходу фазового сепаратора подключен трубопровод обратного потока с паровой фазой, который проходит последовательно через второй и первый противоточные теплообменные аппараты и при выходе из блока сжижения делится на две ветви: первая ветвь трубопровода обратного потока подключена на вход блока компрессии, а вторая ветвь трубопровода обратного потока подключена на вход блока газовой электростанции, при этом от трубопровода обратного потока на выходе из фазового сепаратора ответвляется вспомогательная ветвь, подключенная на вход ректификационной колонны модуля удаления инертных газов, а от трубопровода с жидкой фазой перед дроссельным вентилем ответвляется дополнительная ветвь, подключенная на вход дроссельного клапана модуля и через конденсатор - к ректификационной колонне, при этом выходы конденсатора и ректификационной колонны подсоединены ко входу криогенной емкости для сжиженного природного газа.

2. Комплекс сжижения природного газа в блочном исполнении, подключенный к трубопроводу подачи природного газа, содержащий соединенные между собой трубопроводами подвода, отвода природного газа блоки комплексной очистки, компрессии, блок сжижения, блок газовой электростанции, смеситель и криогенную емкость для сжиженного природного газа, при этом блок компрессии подключен к блоку аппаратов воздушного охлаждения и содержит два, но не ограничиваясь этим, параллельно подключенных компрессора, а к блоку сжижения подключен блок холодильной машины, кроме этого, блок сжижения содержит модуль удаления инертных газов, дроссель-эжектор, дроссельный клапан, дроссельный вентиль, фазовый сепаратор с датчиком уровня жидкой фазы, датчик температуры потока газа и последовательно соединенные первый и второй противоточные теплообменные аппараты, причем между противоточными теплообменными аппаратами подключены последовательно к ним первый и второй вспомогательные теплообменные аппараты, каждый из которых соединен трубопроводами подвода, отвода хладоносителя с блоком холодильной машины, при этом между вспомогательными теплообменными аппаратами подключен последовательно к ним дополнительный противоточный теплообменный аппарат, а датчики уровня жидкой фазы и температуры потока газа соединены электрической связью с управляющими механизмами соответственно дроссельного вентиля и дроссельного клапана, при этом модуль удаления инертных газов содержит ректификационную колонну с конденсатором и дроссельный клапан модуля, кроме этого, трубопровод подвода природного газа после блока комплексной очистки проходит через смеситель и подключен на вход блока компрессии, на выходе из которого трубопровод подвода природного газа с прямым потоком проходит последовательно через первый противоточный, первый вспомогательный, дополнительный, второй вспомогательный и второй противоточный теплообменные аппараты блока сжижения, после которых трубопровод прямого потока через дроссель-эжектор подключен на вход фазового сепаратора, на выходе из которого трубопровод прямого потока с жидкой фазой через дроссельный вентиль подключен ко входу криогенной емкости для направления потребителю сжиженного природного газа, при этом верхний выход криогенной емкости и вход дроссель-эжектора соединены трубопроводом отвода пара, причем на выходе из второго противоточного теплообменного аппарата на трубопроводе прямого потока установлен датчик температуры потока газа, также на выходе из второго противоточного теплообменного аппарата от трубопровода прямого потока ответвляется трубопровод дополнительного потока, который подключен на вход дроссельного клапана, после чего проходит последовательно второй, дополнительный и первый противоточные теплообменные аппараты, и при выходе из блока сжижения, через смеситель, замыкая цикл, подключен на вход блока компрессии, кроме этого, к выходу фазового сепаратора подключен трубопровод обратного потока с паровой фазой, который проходит последовательно через второй, дополнительный и первый противоточные теплообменные аппараты и при выходе из блока сжижения делится на две ветви: первая ветвь трубопровода обратного потока подключена на вход блока компрессии, а вторая ветвь трубопровода обратного потока подключена на вход блока газовой электростанции, при этом от трубопровода обратного потока на выходе из фазового сепаратора ответвляется вспомогательная ветвь, подключенная на вход ректификационной колонны модуля удаления инертных газов, а от трубопровода с жидкой фазой перед дроссельным вентилем ответвляется дополнительная ветвь, подключенная на вход дроссельного клапана модуля и через конденсатор - к ректификационной колонне, при этом выходы конденсатора и ректификационной колонны подсоединены ко входу криогенной емкости для сжиженного природного газа.