УСТАНОВКА ПОЛУЧЕНИЯ СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА Российский патент 2022 года по МПК F25J1/00 

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в газовой промышленности для сжижения природного газа (СПГ).

Известен способ частичного сжижения природного газа [RU 2525759, опубл. 20.08.2014 г., МПК F25J 1/00] путем охлаждения обратным потоком газа, дросселирования, разделения на продукционный и технологический потоки, их охлаждения, дросселирования, нагрева охлажденного технологического потока паровой фракцией, продукционным и технологическим потоками, повторного дросселирования и подачи в обратный поток газа, а также дросселирования и разделения в ректификационной колонне охлажденного продукционного потока на жидкую и паровую фракции, которую реконденсируют и частично направляют в колонну, а частично дросселируют и разделяют на СПГ и паровую фазу, подаваемую в обратный поток газа.

Недостатком этого способа является низкий выход СПГ.

Известен также способ сжижения природного газа [RU 2610625, опубл. 21.10.2015 г., МПК F25J 1/00], включающий очистку природного газа, смешение его с технологическим газом и сжатие компрессором с двигателем внутреннего сгорания в качестве привода. Одну часть сжатого газа охлаждают сторонним хладагентом и хладагентом, полученным в чиллере за счет тепла отходящих газов привода компрессора, и смешивают с другой частью, охлажденной частично нагретым газом сепарации, охлаждают в рекуперационном теплообменнике и разделяют на технологический и продуктовый газы, последний редуцируют и сепарируют с получением СПГ и газа сепарации, который нагревают, смешивают с газами регенерации и используют в качестве топливного газа для привода компрессора. Технологический газ редуцируют, нагревают в рекуперационном теплообменнике и смешивают с очищенным и осушенным природным газом.

Способ обеспечивает высокий выход СПГ, однако требует использования высоких давлений (выше 20 МПа) и, соответственно, оборудования с высокой металлоемкостью, что ограничивает его применение малотоннажным производством СПГ.

Наиболее близки к предлагаемому изобретению способ и система для произвоства сжиженного природного газа [US 2010313597, опубл. 16.12.2010 г., МПК F25J 1/02], реализуемые на установке, включающей многопоточный теплообменник с прямым и обратным ходом многокомпонентного хладагента, прямым ходом очищенного природного газа и прямым ходом газа сепарации, интегрированной холодильной машины, включающей компрессор с газотурбинным приводом, холодильник, прямой и обратный ходы многопоточного теплообменника и редуцирующее устройство, а также редуцирующее устройство охлажденного природного газа, сепаратор СПГ с линией вывода СПГ и линией вывода газа сепарации, на которой расположены компрессор, прямой ход многопоточного теплообменника, и сепаратор с линиями вывода топливного газа и дополнительного количества СПГ. При этом многопоточный теплообменник может быть соединен со вспомогательной холодильной машиной, приводимой в действие за счет вторичного тепла газотурбинного привода компрессора интегрированной холодильной машины.

Недостатком данной установки является высокое удельное энергопотребление из-за затрат энергии на охлаждение газа сепарации.

Задачей предлагаемого изобретения является снижение удельного энергопотребления.

Техническим результатом является снижение удельного потребления энергии за счет соединения линии вывода газа сепарации с обратным ходом многопоточного теплообменника и расположения холодильника, соединенного со вспомогательной холодильной машиной, на линии циркуляции многокомпонентного хладагента, что позволяет использовать дополнительные источники холода для увеличения выхода СПГ.

Указанный технический результат достигается тем, что в предлагаемой установке, включающей расположенные на линии природного газа блок очистки и осушки и многопоточный теплообменник с прямым и обратным ходом многокомпонентного хладагента, прямым ходом природного газа и ходом газа сепарации, соединенный линией циркуляции многокомпонентного хладагента с компрессором, оснащенным приводом, и редуцирующим устройством, образующими интегрированную холодильную машину, а также расположенные после теплообменника, на линии природного газа, редуцирующее устройство и сепаратор с линией вывода СПГ и линией вывода газа сепарации с компрессором, при этом привод соединен со вспомогательной холодильной машиной, работающей за счет вторичного тепла отходящих газов, особенность заключается в том, что сепаратор соединен с линией природного газа после блока очистки и осушки линией вывода газа сепарации с последовательно расположенными на ней обратным ходом теплообменника, примыканием линии вывода топливного газа, соединенной с приводом компрессоров, а также компрессором, на линии природного газа перед блоком очистки и осушки расположен дожимной компрессор, а компрессоры соединены с приводом, при этом вспомогательная холодильная машина соединена с холодильником, расположенным на линии циркуляции многокомпонентного хладагента до или после компрессора.

В качестве многокомпонентного хладагента используют, например, смесь азота и углеводородов С₁-С₅. Блок очистки и осушки включает, например, установки аминовой очистки и адсорбционной осушки. Компрессоры оснащены холодильниками сжатого газа с внешним хладагентом, например, атмосферным воздухом. Привод компрессоров включает по меньшей мере один двигатель внешнего или внутреннего сгорания и по меньшей мере один преобразователь энергии (механическую, гидравлическую или магнитную муфту, или электрогенератор), передающий механическую энергию на компрессоры посредством известных механических, гидравлических, магнитных или электрических устройств (например, посредством электродвигателей). Привод также оснащен устройством для генерации холода за счет тепла отработанных газов (дополнительной холодильной машиной, например, абсорбционного типа), соединенным с теплообменником. В качестве остальных элементов установки могут быть установлены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Соединение линии вывода газа сепарации с обратным ходом многопоточного теплообменника позволяет использовать потенциал холода потока газа сепарации для дополнительного охлаждения природного газа, проходящего прямым ходом, получения дополнительного количества СПГ и соответствующего снижения удельного энергопотребления. Расположение дожимного компрессора на линии природного газа способствует увеличению перепада давления на редуцирующем устройстве природного газа, что увеличивает выход СПГ. Соединение вспомогательной холодильной машины с холодильником, расположенным на линии циркуляции многокомпонентного хладагента до или после компрессора снижает мощность указанного компрессора и соответственно уменьшает удельное энергопотребление.

Установка показана на прилагаемых чертежах (на фиг. 1 и 2 показаны варианты расположения холодильника 1) и включает дожимной компрессор 2, блок очистки и осушки 3, многопоточный теплообменник 4 с прямым и обратным ходом многокомпонентного хладагента, прямым ходом очищенного природного газа и обратным ходом газа сепарации, интегрированную холодильную машину с многокомпонентным хладагентом, включающую компрессор 5, холодильник 1 и редуцирующее устройство 6, а кроме того, редуцирующее устройство 7, сепаратор 8, компрессор 9, при этом компрессоры соединены с приводом 10 (показано штрих-пунктиром). Привод 10 соединен также линиями ввода/вывода теплоносителя с дополнительной холодильной машиной 11, соединенной в свою очередь линиями ввода/вывода хладагента с холодильником 1. На линии природного газа после примыкания линии вывода газа сепарации может быть расположен дополнительный холодильник 12.

При работе установки природный газ, поступающий по линии 13, сжимают компрессором 2, очищают от углекислого газа, сернистых соединений и паров воды (а также, при необходимости, от тяжелых углеводородов и паров ртути) в блоке 3, смешивают с газом сепарации, поступающим по линии 14, охлаждают при подаче прямым ходом в теплообменнике 4, редуцируют с помощью устройства 7 и разделяют в сепараторе 8 на СПГ, выводимый по линии 15, и газ сепарации, который выводят по линии 14, нагревают при прохождении обратным ходом в теплообменнике 4, и разделяют на два потока. Первый поток по линии 16 подают в привод 10 в качестве топливного газа, а второй поток сжимают компрессором 9. Многокомпонентный хладагент подают по линии 17 с помощью компрессора 5, охлаждают в холодильнике 1, соединенном со вспомогательной холодильной машиной 11 линиями ввода/вывода хладагента 18, и в теплообменнике 4, подавая прямым ходом, редуцируют с помощью устройства 6 и нагревают при прохождении обратным ходом в теплообменнике 4. При необходимости смесь природного газа и газа сепарации дополнительно охлаждают в холодильнике 12 (показано пунктиром).

Работоспособность установки подтверждается примером. Природный газ состава (% об.): метан 96,5%, этан 1,79%, пропан 0,17%), бутаны 0,07%, С₅₊ 0,03%, углекислый газ 0,42%, азот 1,01%, в количестве 4590 нм³/час при давлении 1,2 МПа и 13,8°С сжимают компрессором 2 до 5 МПа и при 45°С очищают и осушают в блоке 3, смешивают с 807 нм³/час газа сепарации с температурой 45°С, охлаждают в теплообменнике 4 до минус 111,4°С, редуцируют с помощью устройства 7 до 0,4 МПа и разделяют в сепараторе 8 на 3,0 т/час СПГ, и газ сепарации, который нагревают в теплообменнике 4 и разделяют на два потока. 514 нм³/час первого потока в качестве топливного газа подают в привод 10, а второй поток сжимают компрессором 9. Хладагент сжимают до 5,0 МПа компрессором 5, охлаждают в холодильнике 1 с помощью абсорбционной холодильной машины 11 до 32,9°С и до минус 106°С в теплообменнике 4, редуцируют до 2 МПа с помощью устройства 6 и нагревают до 18,2°С в теплообменнике 4. Расчетное удельное потребление энергии в компрессорах составило 0,460 кВт/кг СПГ. При размещении холодильника 1 перед компрессором 5 расчетное удельное потребление энергии в компрессорах составило 0,461 кВт/кг СПГ.

В условиях примера на установке, описанной в прототипе, расчетное удельное энергопотребление составило 0,531 кВт/кг СПГ.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет снизить удельное энергопотребление при производстве СПГ и может найти применение в газовой промышленности.

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в газовой промышленности для сжижения природного газа. Предложена установка, включающая дожимной компрессор 2, блок очистки и осушки 3, многопоточный теплообменник 4, интегрированную холодильную машину с многокомпонентным хладагентом, включающую компрессор 5, холодильник 1 и редуцирующее устройство 6, а кроме того, редуцирующее устройство 7, сепаратор 8, компрессор 9. Сепаратор 8 соединен с линией природного газа после блока очистки и осушки 3 линией вывода газа сепарации с последовательно расположенными на ней обратным ходом теплообменника 4, примыканием линии 16 вывода топливного газа, соединенной с приводом компрессоров, а также компрессором 9. Дожимной компрессор 2, компрессор 5 интегрированной холодильной машины и компрессор 9 газа сепарации соединены с приводом 10, который соединен также с дополнительной холодильной машиной 11, соединенной в свою очередь линиями ввода/вывода хладагента с холодильником 1. Техническим результатом является снижение удельного энергопотребления. 2 ил.

Установка получения сжиженного природного газа (СПГ), включающая расположенные на линии природного газа блок очистки и осушки и многопоточный теплообменник с прямым и обратным ходом многокомпонентного хладагента, прямым ходом природного газа и ходом газа сепарации, соединенный линией циркуляции многокомпонентного хладагента с компрессором, оснащенным приводом, и редуцирующим устройством, образующими интегрированную холодильную машину, а также расположенные после теплообменника, на линии природного газа, редуцирующее устройство и сепаратор с линией вывода СПГ и линией вывода газа сепарации с компрессором, при этом привод соединен со вспомогательной холодильной машиной, работающей за счет вторичного тепла отходящих газов, отличающаяся тем, что сепаратор соединен с линией природного газа после блока очистки и осушки линией вывода газа сепарации с последовательно расположенными на ней обратным ходом теплообменника, примыканием линии вывода топливного газа, соединенной с приводом компрессоров, а также компрессором, на линии природного газа перед блоком очистки и осушки расположен дожимной компрессор, при этом дожимной компрессор, компрессор интегрированной холодильной машины и компрессор газа сепарации соединены с приводом, а вспомогательная холодильная машина соединена с холодильником, расположенным на линии циркуляции многокомпонентного хладагента после компрессора.