СПОСОБ СЖИЖЕНИЯ СОДЕРЖАЩЕГО АЗОТ ПРИРОДНОГОГАЗА Советский патент 1971 года по МПК F25J1/00 

Изобретение относится к способам сл ижения газовых смесей и касается способа сжижения содержащего азот природного газа с 1ПОМОЩЫО соединенных в каскад замкнутых холодильных циклов на основе многокомпонентной смеси.

Известен способ глубокого охлаждения природного газа до его температуры хранения (приблизительно до -160°С) с помощью многокомпонентных смесей, состоящих из составных частей природного газа. При использо,вании таких смесей можно обходиться очень небольшим числом каскадных циклов, например можно провести сжижение, отделение в колонне низкокипящих инертных компоненто:В и глубокое охлаждение природного газа, используя два цикла многокомпонентной смеси, -которые проходят только одну ступень давления. С термодинамической точки зрения, однако, не выгодно в большой степени расширять интервал температуры отдельных циклов. Поэтому целесообразно употреблять третий круговорот, который требует наличия собственного компрессора, а также распределительных и регулирующих устройств.

Эта цель достигается тем, что применяют открытый холодильный цикл, по которому на стадии отделения низкокипящих инертных компонентов из средней части колонны отводят, по меньшей мере, частично газообразную смесь метана и азота, конденсируют при теплообмене с многокомпонентной смесью наиболее холодного замкнутного холодильного цикла, переохлаждают и расширяют, лосле

чего смесь используют для глубокого охлан дения сжиженного природного газа. Смесь открытого холодильного цикла может после расширения и отдачи холода быть использована для нроизводства энергии и тепла.

Поскольку предложенный холодильный цикл открыт, то для его осуществления не требуется компрессор. Таким образом уменьшаются капиталовложения и эксплуатационные расходы. Кроме того, многокомпонентую

смесь наиболее холодного замкнутого холодильного цикла используют для подогрева низа азотной колонны, после чего смесь расширяют и используют для глубокого охлаждения природного газа до температуры приблизительно -140°С.

На чертеже изобрал ена схема для реализации предложенного способа. обменниках 1 н 2, после чего использую, для подогрева через змеевик 3 ,пиза азотпой колонны 4. Далее охлажденпый при этом газ через д.роосельпый клапан 5 вводят в азотную колонну, работающую под давлением 14 атм. Из пиза кололны отводят свободный от азота жидкий природный газ, из верхней части улавливают чистый азот, а из середины отводят фрзкцию азота-метана. Количество и состав фракции выбирают так, чтобы осу- ю ществить глубокое охлаждение жидкого природного газа до температуры хранения ДО. .. (-160°С). Свободный от азота жидкий природный газ выводят из низа азотной колонны через провод 6 и пропускают через теплооб- is менники 7 и S, где охлаждают до -160°С. После промежуточного расширения газ попадает в баки хранения. Отведенный 1через провод 9 азот, лроходя тоследовательно теплообменники 8, 7, 2 к 1, 20 яодогревается до температуры окружающей среды. Холод получают с помощью двух замкнутых циклов с многокомпонентной смесью, соединенных в каскад, а также с помощью до- 25 полнительно включенного открытого цикла со смесью метана-азота.. Первый цикл дает практически весь нужный холод между температурой окружающей среды и -75°С. Он состоит из смеси метана, 30 этана, пропана, бутана и может полностью сжижаться под давлением до 42 атм при температуре окружающей среды. Сжатую в компрессоре 10 до 42 атм смесь сжижают во вторнчном холодильнике 11 охлаледающей водой 35 и подают через провод 12 в теплообменник /. Здесь смесь глубоко охлаждают и после расширения до 3 атм в клапане 13 используют для охлаждения природного газа, а также газа во втором цикле.40 Многокомпонентную смесь второго цикла сжижают и охлаждают в теплообменниках / и 2, после чего пропускают через змеевик 14 и теплообменник 7. Глубоко охлаледенную смесь расширяют в клапане 15 и через про- 45 вод 16 направляют в теплообменники 7, 2 и 1, где смесь нагревается до тем пературы окружающей среды и испаряется. Далее в компрессоре 17 ее снова сл имают, охлаждают в водяном холодильнике 18 и через провод 19 50 вновь подают на охлаждение. Второй цикл практически не может (при выбранных рабочих условиях, т. е. при составе и давлении после расширения) отдавать природному газу холод па уровне .нилсе 55 - 145°С. Возможно, но термодинамически не выгодно, расширить его пределы на еще больший интервал температуры, поэтому по предчагаемому способу после второго цикла включают третью каскадную ступень. Третья 60 ступень открыта, работает на смеси азота - метана и снабжает природный газ необходимым для глубокого охлаждения (между - 145°С и -160°С) холодом. Смесь метана- азота для третьей ступени отводят из средней части азотной колонны, в теплообменнике 7 за счет холода второго, цикла, затем переохлаждают в теплообменнике 8 и расширяют до 3,8 атм в клапане 20. Далее смесь через охлаждающий змеевик 21 отдает часть холода азотной колонне и проходит через лровод 22 обратно к теплообменнику 8, кого охлалсдения природного газа (до -160°С). Затем смесь проходит через теплообменники 7, 2 и 1, где нагревается до температуры окружающей среды и после этого используется для производства энергии и тепла. Производство холода в данном случае состоит из трехступенчатого каскада со следующей характеристикой каждой ступени; Предмет изобретения 1. Способ сжижения содержащего азот природного газа, включающий охлаладение газа с ;помощью соединенных в каскад замкнутых холодильных циклов на основе составных частей сл ижаемого природного газа, каждый из которых проходит только одну ступень давления, и отделение в колонне из сжиженного газа перед его дальнейшим охлаждением низкокинящих инертных компонентов, в особенности азота, отличающийся тем, что, с целью упрощения процесса сжижения и повышения его экономичности, применяют открытый холодильный цикл, по которому из средней части колонпы отводят, по меньшей мере, частично газообразную смесь метана и азота, конденсируют при теплообмене со смесью наиболее холодного замкнутого холодильного цикла, переохлаждают и расщиряют, после чего смесь используют для глубокого охлаждения сжил енного природного газа. 2.Способ по п. 1, отличающийся тем, что многокомпонентную смесь наиболее холодного замкнутого холодильного цикла используют для подогрева низа колонны. 3.Способ по пп. 1, и 2, отличающийся тем. что смесь используют для о.хлаждения верхней части колонны.