УСТАНОВКА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ СПГ И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ Российский патент 2021 года по МПК F25J1/00 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для получения сжиженного природного газа (СПГ) за счет использования перепада давления между магистральным и распределительным трубопроводами.

Известен способ производства сжиженного природного газа и комплекс для его реализации [RU 2541360, опубл. 10.02.2015 г., МПК F25J 1/00], который включает входную линию природного газа с фильтром-пылеуловителем, счетчиком газа, блоком осушки и фильтром, линию для утилизации тепла с теплообменником и регулятором давления, струйный компрессор, счетчик газа на выходе, блок очистки газа с фильтром, а также предварительный теплообменник, детандер-компрессорный агрегат со вспомогательными системами, основной теплообменник, дроссель, сепаратор и хранилище СПГ с криогенным насосом.

Недостатками известного комплекса является низкий выход СПГ из-за нерационального расходования энергии редуцирования технологического потока газа.

Наиболее близок к предлагаемому изобретению установка сжижения природного газа и способ ее работы (варианты) [RU 2671665, опубл. 06.11.2018 г., МПК F25J 1/00], в одном из вариантов включающая блоки осушки и очистки газа, теплообменники: предварительный, основной, "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" и "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ", редуцирующее устройство (первый детандер), второй детандер, компрессор, и сепаратор.

При работе установки природный газ высокого давления осушают и разделяют на продукционный и технологический, последний охлаждают в предварительном теплообменнике, редуцируют с помощью детандера, нагревают в теплообменнике "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" и смешивают с обратным газом, подаваемым из сепаратора после нагрева в основном теплообменнике, с получением газа низкого давления, который выводят после нагрева в предварительном теплообменнике и теплообменнике "сжатый продукционный газ/газ низкого давления". Продукционный газ сжимают, охлаждают в теплообменнике "сжатый продукционный газ/газ низкого давления", очищают в блоке очистки, затем охлаждают в теплообменнике "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" и основном теплообменнике, редуцируют и разделяют в сепараторе на обратный газ и СПГ. При этом детандер(ы) и компрессор соединены посредством электрической или кинематической связи.

Недостатком данной установки и способа является сложность и низкий выход СПГ.

Задачей изобретения является упрощение установки и увеличение выхода СПГ.

Техническим результатом является упрощение установки за счет замены компрессора и теплообменников "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" и "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" на холодильную машину. Увеличение выхода СПГ достигается при этом за счет охлаждения продукционного газа в предварительном теплообменнике охлажденным редуцированным технологическим газом.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке, включающей блоки осушки и очистки газа, предварительный и основной теплообменники, сепаратор, первый и второй детандеры и компрессор, соединенные между собой, особенность заключается в том, что в качестве компрессора установлен компрессор холодильной машины, на линии продукционного газа последовательно расположены первая секция предварительного теплообменника, блок очистки, вторая секция предварительного теплообменника, основной теплообменник, первый детандер и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией обратного газа с основным теплообменником, на линии технологического газа расположены испаритель холодильной машины, второй детандер и соединение с линией обратного газа, а на образованной этими линиями линии газа низкого давления расположен предварительный теплообменник.

Технический результат достигается также тем, что в известном способе, включающем осушку и разделение газа на технологический газ и продукционный газ, который охлаждают, очищают, затем охлаждают в основном теплообменнике, редуцируют с помощью первого детандера и разделяют в сепараторе на СПГ и обратный газ, который нагревают в основном теплообменнике, при этом технологический газ редуцируют с помощью второго детандера и смешивают с нагретым обратным газом, получая газ низкого давления, который выводят после нагрева в предварительном теплообменнике, кроме того, компрессор приводится в движение за счет энергии, получаемой при редуцировании газа в детандерах, особенность заключается в том, что продукционный газ охлаждают в первой секции предварительного теплообменника, очищают, охлаждают во второй секции предварительного теплообменника и направляют в основной теплообменник, технологический газ предварительно охлаждают в испарителе холодильной машины, а за счет энергии, получаемой при редуцировании газа в детандерах, приводится в движение компрессор холодильной машины.

Компрессор холодильной машины может быть связан с детандерами с помощью кинематической связи и/или электрической связи, например, посредством электродвигателя, запитанного от электрогенераторов, соединенных с детандерами, и/или с помощью магнитной связи, например, с применением постоянных магнитов или электромагнитов, и/или с помощи гидравлической связи. Холодильник может быть выполнен, например, в виде аппарата водяного или воздушного охлаждения. Блок очистки может включать узлы адсорбционной или абсорбционной очистки от углекислого газа. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Предотвращение отложения твердого углекислого газа в линии охлажденного редуцированного технологического газа достигается, например, за счет высокой скорости и/или турбулизации потока газа, а в предварительном теплообменнике - за счет его исполнения в виде многосекционного аппарата с возможностью периодического отключения секций для их прогрева. При адсорбционной очистке газа в качестве продувочного газа может быть использована часть очищенного продукционного газа, а газ регенерации может быть направлен в линию газа низкого давления. В случае отгрузки СПГ при более низком давлении, чем давление его хранения, СПГ редуцируют и сепарируют, направляя полученный СПГ низкого давления на отгрузку, а газ сепарации после сжатия - в линию обратного газа.

Предложенная схема охлаждения продукционного газа в предварительном теплообменнике охлажденным редуцированным технологическим газом позволяет увеличить мощность основного теплообменника, работающего при более низких температурах, за счет чего повысить эффективность теплообмена, понизить температуру редуцированного продукционного газа и увеличить выход СПГ. А замена компрессора и теплообменников "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" и "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" на холодильную машину упрощает установку.

Установка включает блоки осушки 1 и очистки 2, предварительный 3 и основной 4 теплообменники, компрессионная холодильная машина 5 с испарителем 6, первый и второй детандеры 7 и 8, и сепаратор 9. Пунктиром показано оборудование узла отгрузки: редуцирующее устройство 10, сепаратор 11 и компрессор 12.

При работе установки (фиг. 1) природный газ высокого давления, поступающий по линии 13, осушают в блоке 1 и разделяют на продукционный газ и технологический газ, который по линии 14 направляют в испаритель 6 холодильной машины 5, где охлаждают, затем редуцируют в детандере 8, смешивают обратным газом, подаваемым по линии 15, полученный газ низкого давления нагревают в теплообменнике 3 и выводят по линии 16. Продукционный газ, подаваемый по линии 17, охлаждают в первой секции теплообменника 3, очищают от углекислоты в блоке 2, затем охлаждают во второй секции теплообменника 3 и в теплообменнике 4, редуцируют с помощью детандера 6 и разделяют в сепараторе 9 на СПГ, выводимый по линии 18, и обратный газ, который по линии 15 подают в линию 14 после нагрева в теплообменнике 4. Пунктиром показана подача продувочного газа в блок 2 по линии 19 из линии 17, подача газа регенерации из блока 2 по линии 20 в линию 16, а также снижение давления СПГ путем редуцирования с помощью устройства 10, и разделения в сепараторе 11 на СПГ низкого давления, выводимый по линии 21, и газ сепарации, который сжимают компрессором 12 и подают по линии 22 в линию 19. Соединение детандеров 7 и 8 с компрессором холодильной машины 5 показано штрих-пунктиром.

Работоспособность предлагаемой установки подтверждается следующим примером: 10000 нм³/час природного газа состава (% об.): метан 96,64, этан 1,79, пропан 0,55, бутаны и высшие углеводороды 0,22, азот 0,67, углекислый газ остальное, при давлении 2,5 МПа и 20°С подают на вход установки с пропановой холодильной машиной и получают 1260 кг (16,9% масс.) СПГ и 8445 нм³/час газа с давлением 0,6 МПа. В аналогичных условиях в способе по прототипу получено 10,0% масс. СПГ.

Таким образом, предлагаемая установка проще, а способ ее работы позволяет увеличить выход СПГ, что показывает целесообразность их применения в промышленности.

Предложена установка для получения СПГ, включающая блоки осушки и очистки газа, предварительный и основной теплообменники, сепаратор, первый и второй детандеры и компрессор, соединенные между собой, где в качестве компрессора установлен компрессор холодильной машины, на линии продукционного газа последовательно расположены первая секция предварительного теплообменника, блок очистки, вторая секция предварительного теплообменника, основной теплообменник, первый детандер и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией обратного газа с основным теплообменником, на линии технологического газа расположены испаритель холодильной машины, второй детандер и соединение с линией обратного газа, а на образованной этими линиями линии газа низкого давления расположен предварительный теплообменник. Также предложен способ работы установки, которая описана выше. Технический результат - упрощение установки за счет замены компрессора и теплообменников "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" и "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" на холодильную машину, а также увеличение выхода СПГ достигается при этом за счет охлаждения продукционного газа в предварительном теплообменнике охлажденным редуцированным технологическим газом. 2 н.п. ф-лы, 1 ил., 1 пр.

1. Установка для получения СПГ, включающая блоки осушки и очистки газа, предварительный и основной теплообменники, сепаратор, первый и второй детандеры и компрессор, соединенные между собой, отличающаяся тем, что в качестве компрессора установлен компрессор холодильной машины, на линии продукционного газа последовательно расположены первая секция предварительного теплообменника, блок очистки, вторая секция предварительного теплообменника, основной теплообменник, первый детандер и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией обратного газа с основным теплообменником, на линии технологического газа расположены испаритель холодильной машины, второй детандер и соединение с линией обратного газа, а на образованной этими линиями линии газа низкого давления расположен предварительный теплообменник.

2. Способ работы установки по п. 1, включающий осушку и разделение газа на технологический газ и продукционный газ, который охлаждают, очищают, затем охлаждают в основном теплообменнике, редуцируют с помощью первого детандера и разделяют в сепараторе на СПГ и обратный газ, который нагревают в основном теплообменнике, при этом технологический газ редуцируют с помощью второго детандера и смешивают с нагретым обратным газом, получая газ низкого давления, который выводят после нагрева в предварительном теплообменнике, кроме того, компрессор приводится в движение за счет энергии, получаемой при редуцировании газа в детандерах, отличающийся тем, что продукционный газ охлаждают в первой секции предварительного теплообменника, очищают, охлаждают во второй секции предварительного теплообменника и направляют в основной теплообменник, технологический газ предварительно охлаждают в испарителе холодильной машины, а за счет энергии, получаемой при редуцировании газа в детандерах, приводится в движение компрессор холодильной машины.