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

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

Известна 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, детандер, компрессор, и сепаратор.

Недостатком данной установки и способа является сложность и низкий выход сжиженного природного газа.

Наиболее близка к предлагаемому изобретению установка для получения сжиженного природного газа и способ ее работы [RU 2702682, опубл. 09.10.2019 г., МПК F25J 1/00], которая включает блоки осушки и очистки природного газа от кислых компонентов, двухсекционный теплообменник с низкотемпературной и высокотемпературной секциями, холодильник сжатого продукционного газа, детандер технологического газа, редуцирующее устройство охлажденного продукционного газа, компрессор продукционного газа и сепаратор сжиженного природного газа. При этом блок 2 очистки природного газа от кислых компонентов соединен с линией продукционного газа и с линией газа низкого давления, а регенерация адсорбента осуществляется путем продувки частью продукционного газа, при этом полученный газ регенерации подают в поток газа низкого давления.

Недостатками первой и второй установок являются низкий выход сжиженного природного газа из-за расходования части продукционного газа для вспомогательных процедур (очистки продукционного газа от кислых компонентов) и соответственного снижения выхода сжиженного природного газа.

Задачей изобретения является увеличение выхода сжиженного природного газа.

Техническим результатом является увеличение выхода сжиженного природного газа, которое достигается за счет исключения расходования части продукционного газа для его очистки от кислых компонентов, путем расположения на линии отпарного газа, между сепаратором и блоком очистки, хода отпарного газа, противоточного относительно продукционного газа, размещаемого в низкотемпературной секции двухсекционного теплообменника и нагревателя, а также соединения блока очистки линией подачи газа регенерации с двухсекционным теплообменником между его низкотемпературной и высокотемпературной секциями.

Предложено три варианта установки, отличающихся расположением нагревателя отпарного газа.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в известной установке, включающей линию природного газа высокого давления, разделенную на линии технологического и продукционного газа, блок осушки, расположенный на линии природного газа высокого давления, блок очистки от кислых компонентов, расположенный на линии продукционного газа, двухсекционный теплообменник с низкотемпературной и высокотемпературной секциями, расположенный на линиях технологического и продукционного газа, холодильник, детандер, редуцирующее устройство, компрессор и сепаратор, а также линии, отпарного газа и газа низкого давления, а также сжиженного природного газа, особенность заключается в том, что на линии отпарного газа между сепаратором и блоком очистки расположен ход отпарного газа, противоточный, относительно продукционного газа, размещенный в низкотемпературной секции двухсекционного теплообменника и нагреватель, расположенный также на линии технологического газа перед детандером, а блок очистки дополнительно соединен линией подачи газа регенерации с двухсекционным теплообменником между секциями.

Второй и третий варианты отличаются тем, что нагреватель расположен на линии продукционного газа перед компрессором, и на линии природного газа высокого давления перед разделением ее на линии технологического и продукционного газов, соответственно.

При необходимости увеличения выхода сжиженного природного газа (например, при сезонных колебаниях расхода газа низкого давления) привод компрессора подпитывают дополнительным количеством энергии, и/или на линии технологического газа перед детандером устанавливают холодильную машину с внешним энергоснабжением, и/или линию газа низкого давления соединяют с линией технологического газа перед детандером линией подачи его части с компрессором и холодильником. При необходимости отгрузки сжиженного природного газа с давлением, меньшим, чем давление в сепараторе (или накопительной емкости) или необходимости получения «холодного» сжиженного природного газа с давлением, близким к атмосферному, линия вывода сжиженного природного газа или накопительная емкость сжиженного природного газа могут быть соединены с емкостью низкого давления линией подачи сжиженного природного газа, оснащенной запорно-регулирующим устройством, при этом емкость низкого давления соединена с линией отпарного газа линией вторичного отпарного газа с компрессором.

В качестве редуцирующего устройства может быть установлен редуцирующий вентиль, газодинамическое устройство или детандер. Компрессор соединен с детандером(ами) с помощью кинематической и/или электрической, и/или магнитной, и/или гидравлической связи. Холодильник может быть выполнен, например, в виде аппарата водяного или воздушного охлаждения. Блоки осушки и очистки могут быть выполнены в виде адсорбционного узла. Из конструкционных соображений двухсекционный теплообменник может быть выполнен в виде отдельных, низкотемпературного(ых) и высокотемпературного теплообменников, при этом газ регенерации подают в линию продукционного газа, перед высокотемпературным теплообменником. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Предложенное соединение блока очистки природного газа от кислых компонентов с линией отпарного газа после его предварительного нагрева и с двухсекционным теплообменником между низкотемпературной и высокотемпературной секциями линией газа регенерации во всех вариантах предлагаемой установки, позволяет, во-первых, исключить использование части продукционного газа в качестве газа регенерации и, соответственно, предотвратить снижение выхода сжиженного природного газа, а, во-вторых, полностью использовать потенциал холода потока отпарного газа, за счет чего понизить температуру продукционного газа и, соответственно, повысить выход сжиженного природного газа.

Установка во всех вариантах включает блоки осушки 1 и очистки от кислых компонентов 2, двухсекционный теплообменник 3, холодильник 4, нагреватель отпарного газа 5, детандер 6, редуцирующее устройство 7 (условно показан детандер), компрессор 8 и сепаратор 9. Пунктиром показаны: емкость низкого давления 10 и компрессор вторичного отпарного газа 11.

При работе установки по первому варианту (фиг. 1) природный газ высокого давления подают по линии 12, осушают в блоке 1 и разделяют на продукционный газ (линия 13) и технологический газ (линия 14). Последний охлаждают в нагревателе 5, редуцируют в детандере 6, нагревают в теплообменнике 3, в котором смешивают с газом регенерации, подаваемым по линии 15, а полученный газ низкого давления по линии 16 выводят потребителю. Продукционный газ сжимают компрессором 8, охлаждают в холодильнике 4 и в высокотемпературной секции теплообменника 3, очищают от кислых компонентов в блоке 2, дополнительно охлаждают в низкотемпературной секции теплообменника 3, редуцируют с помощью устройства 7 и разделяют в сепараторе 9 на сжиженный природный газ, выводимый по линии 17, и отпарной газ. Последний по линии 18 подают в теплообменник 3, где нагревают в противоточном (относительно отпарного газа) ходе его низкотемпературной секции, дополнительно нагревают в нагревателе 5 и подают в блок 2 в качестве продувочного газа. Соединение детандера 6 и, возможно, детандера 7 с компрессором 8 показано штрих-пунктиром.

Работа второго варианта установки (фиг. 2) отличается тем, что технологический газ (линия 14) редуцируют в детандере 6 без предварительного охлаждения в нагревателе 5, а продукционный газ (линия 13), напротив, перед сжатием в компрессоре 8 предварительно охлаждают в нагревателе 5.

Работа третьего варианта установки (фиг. 3) отличается тем, что природный газ высокого давления (линия 12) охлаждают в нагревателе 5 перед разделением на технологический газ (линия 14) и продукционный газ (линия 13), которые затем, соответственно, редуцируют в детандере 6 и сжимают в компрессоре 8.

Пунктиром показаны: дополнительная подача энергии со стороны по линии 19 в привод компрессора 8, и получение сжиженного природного газа пониженного давления в емкости низкого давления 10, выводимого из нее по линии 21, с откачкой вторичного отпарного газа из емкости 10 в линию 18 компрессором 11 по линии 22.

Работоспособность предлагаемой установки подтверждается примерами.

Пример 1. 10,0 тыс. нм³/час природного газа, содержащего 98,4 об.% метана и 0,16% углекислого газа, при давлении 3,0 МПа и 20°С осушают в адсорбционном блоке 1 и разделяют на потоки технологического и продукционного газа. 5,0 тыс. нм³/час технологического газа охлаждают до 16,2°С в нагревателе 5, редуцируют в детандере 6 до 0,64 МПа и нагревают в теплообменнике 3, в который подают 3,3 тыс. нм³/час газа регенерации из блока 2. Из теплообменника 3 при 0,6 МПа и 32,5°С выводят 8,3 тыс. нм³/час газа низкого давления. Продукционный газ сжимают до 7,7 МПа компрессором 8, привод которого запитан электроэнергией, вырабатываемой генераторами, соединенными с детандерами 6 и 7, и охлаждают в холодильнике 4 и высокотемпературной секции теплообменника 3 до температуры в интервале 18°С - минус 40°С, например, до 18°С, очищают от кислых компонентов в блоке 2, доохлаждают в низкотемпературной секции теплообменника 3 до минус 61,8°С, и редуцируют с помощью детандера 7 до 0,64 МПа и разделяют в сепараторе 9 на 1344 кг сжиженного природного газа и 3,3 тыс. нм³/час отпарного газа, который нагревают в низкотемпературной секции теплообменника 3 и нагревателе 5 до температуры, близкой к температуре продукционного газа, подаваемого в блок 2, например, до 16°С, и направляют в блок 2 в качестве продувочного газа. Полученный газ регенерации направляют в теплообменник 3.

Пример 2. 10,0 тыс. нм³/час природного газа, содержащего 98,4 об.% метана и 0,16% углекислого газа, при давлении 3,0 МПа и 20°С осушают в адсорбционном блоке 1 и разделяют на потоки технологического и продукционного газа. 5,1 тыс. нм³/час технологического газа редуцируют в детандере 6 до 0,64 МПа и нагревают в теплообменнике 3, в который подают 3,2 тыс. нм³/час газа регенерации из блока 2. Из теплообменника 3 при 0,6 МПа и 32,2°С выводят 8,3 тыс. нм³/час газа низкого давления. Продукционный газ охлаждают в нагревателе 5 до 16,3°С, сжимают до 8,0 МПа компрессором 8, привод которого запитан электроэнергией, вырабатываемой генераторами, соединенными с детандерами 6 и 7, и охлаждают в холодильнике 4 и низкотемпературной секции теплообменника 3 до температуры 18°С - минус 40°С, например, до 18°С, очищают от кислых компонентов в блоке 2, доохлаждают в низкотемпературной секции теплообменника 3 до минус 60,7°С, редуцируют с помощью детандера 7 до 0,64 МПа и разделяют в сепараторе 6 на 1334 кг сжиженного природного газа и 3,3 тыс. нм³/час отпарного газа, который нагревают в низкотемпературной секции теплообменника 3 и нагревателе 5 до температуры, близкой к температуре продукционного газа, подаваемого в блок 2, например, до 16°С и направляют в блок 2 в качестве продувочного газа. Полученный газ регенерации направляют в теплообменник 3.

Пример 3. 10,0 тыс. нм³/час природного газа, содержащего 98,4 об.% метана, при давлении 3,0 МПа и 20°С осушают в адсорбционном блоке 1, охлаждают в нагревателе 5 до 17,8°С и разделяют на потоки технологического и продукционного газа. 5,1 тыс. нм³/час технологического газа редуцируют в детандере 6 до 0,64 МПа и нагревают в теплообменнике 3, в который подают 3,2 тыс. нм³/час газа регенерации из блока 2. Из теплообменника 3 при 0,6 МПа и 32,4°С выводят 8,3 тыс. нм³/час газа низкого давления. Продукционный газ сжимают до 7,9 МПа компрессором 8, привод которого запитан электроэнергией, вырабатываемой генераторами, соединенными с детандерами 6 и 7, и охлаждают в холодильнике 4 и низкотемпературной секции теплообменника 3 до температуры 18 - минус 40°С, например, до 18°С, очищают от кислых компонентов в блоке 2, доохлаждают в низкотемпературной секции теплообменника 3 до минус 61,3°С, редуцируют с помощью детандера 7 до 0,64 МПа и разделяют в сепараторе 6 на 1340 кг сжиженного природного газа и 3,2 тыс. нм³/час отпарного газа, который нагревают в низкотемпературной секции теплообменника 3 и нагревателе 5 до температуры, близкой к температуре продукционного газа, подаваемого в блок 2, например, до 17°С и направляют в блок 2 в качестве продувочного газа. Полученный газ регенерации направляют в теплообменник 3.

В аналогичных условиях на установке по прототипу, при использовании 10% продукционного газа в качестве продувочного газа для блока очистки от кислых компонентов, получено 1221 кг сжиженного природного газа.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет увеличить выход сжиженного природного газа и может быть использована в промышленности.

Изобретение относится к криогенной технике и может быть применено для сжижения природного газа на газораспределительных станциях. Предложено три варианта установки, включающей во всех вариантах блоки осушки 1 и очистки от кислых компонентов 2, двухсекционный теплообменник 3, холодильник 4, нагреватель отпарного газа 5, детандер 6, редуцирующее устройство 7, компрессор 8 и сепаратор 9. Варианты отличаются расположением нагревателя. При работе установки во всех вариантах очищенный и осушенный природный газ высокого давления осушают в блоке 1 и разделяют на продукционный газ и технологический газ. Последний охлаждают в нагревателе 5, редуцируют в детандере 6, нагревают в теплообменнике 3, в котором смешивают с газом регенерации, а полученный газ низкого давления выводят потребителю. Продукционный газ сжимают компрессором 8, охлаждают в холодильнике 4 и высокотемпературной секции теплообменника 3, очищают от кислых газов в блоке 2, дополнительно охлаждают в низкотемпературной секции теплообменника 3, редуцируют с помощью устройства 7 и разделяют в сепараторе 9 на сжиженный природный газ и отпарной газ. Последний подают в теплообменник 3, где нагревают в его низкотемпературной секции, дополнительно нагревают в нагревателе 5 и подают в блок 2 в качестве продувочного газа. Компрессор 8 соединен с детандером(ами) с помощью кинематической и/или электрической, и/или магнитной, и/или гидравлической связи. Технический результат - увеличение выхода сжиженного природного газа. 3 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Установка получения сжиженного природного газа, включающая линию природного газа высокого давления, разделенную на линии технологического и продукционного газа, блок осушки, расположенный на линии природного газа высокого давления, блок очистки от кислых компонентов, расположенный на линии продукционного газа, двухсекционный теплообменник с низкотемпературной и высокотемпературной секциями, расположенный на линиях технологического и продукционного газа, холодильник, детандер, редуцирующее устройство, компрессор и сепаратор, а также линии отпарного газа, газа низкого давления и сжиженного природного газа, отличающаяся тем, что на линии отпарного газа между сепаратором и блоком очистки расположен ход отпарного газа, противоточный относительно продукционного газа, размещенный в низкотемпературной секции двухсекционного теплообменника, и нагреватель, расположенный также на линии технологического газа перед детандером, а блок очистки дополнительно соединен линией подачи газа регенерации с двухсекционным теплообменником между секциями.

2. Установка получения сжиженного природного газа, включающая линию природного газа высокого давления, разделенную на линии технологического и продукционного газа, блок осушки, расположенный на линии природного газа высокого давления, блок очистки от кислых компонентов, расположенный на линии продукционного газа, двухсекционный теплообменник с низкотемпературной и высокотемпературной секциями, расположенный на линиях технологического и продукционного газа, холодильник, детандер, редуцирующее устройство, компрессор и сепаратор, а также линии отпарного газа и газа низкого давления, а также сжиженного природного газа, отличающаяся тем, что на линии отпарного газа между сепаратором и блоком очистки расположен ход отпарного газа, противоточный относительно продукционного газа, размещенный в низкотемпературной секции двухсекционного теплообменника, и нагреватель, расположенный также на линии продукционного газа перед компрессором, а блок очистки дополнительно соединен линией подачи газа регенерации с двухсекционным теплообменником между секциями.

3. Установка получения сжиженного природного газа, включающая линию природного газа высокого давления, разделенную на линии технологического и продукционного газа, блок осушки, расположенный на линии природного газа высокого давления, блок очистки от кислых компонентов, расположенный на линии продукционного газа, двухсекционный теплообменник с низкотемпературной и высокотемпературной секциями, расположенный на линиях технологического и продукционного газа, холодильник, детандер, редуцирующее устройство, компрессор и сепаратор, а также линии отпарного газа и газа низкого давления, а также сжиженного природного газа, отличающаяся тем, что на линии отпарного газа между сепаратором и блоком очистки расположен ход отпарного газа, противоточный относительно продукционного газа, размещенный в низкотемпературной секции двухсекционного теплообменника, и нагреватель, расположенный также на линии природного газа высокого давления перед ее разделением на линии продукционного и отпарного газов, а блок очистки дополнительно соединен линией подачи газа регенерации с двухсекционным теплообменником между секциями.