Способ сжижения газа

 

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 F 25 J 1/00

ВСЕСОИ)ЗдА Я

13 " .„13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н llATEHTV

553i.Ä Ö->" 1;

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ГЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3222450/23-26 (22) 11. 12.80 (31) 7930489 (32) 12.12.79 (33) РК (46) 23.11.87. Бюл. У 43 (71) Компани Франсэз д Этюд э де Констрюксьон "ТЕКНИП" (РК) и СНАМПРОГЕТТИ, С.п.A(It) (72) Анри Парадовски (FR) и Энцо

Каетани (It) (53) 621.59(088.8) (56) Патент Англии Р 1515326, кл. F 4 Р, 1978. (54) (57) 1. СПОСОБ СЖИЖЕНИЯ ГАЗА с низкой точкой кипения путем теплообмена по крайней мере с частью потока легкого основного хладагента, предварительно охлажденного по крайней мере до частичного его сжижения путем теплообмена с тяжелым, вспомогательным хладагентом, при этом потоки вспомогательного и основного хладагентов образуют охлаждающий каскад и состоят из многокомпонентной смеси газов с соответственно понижающейся летучестью, циркуляцию каждого хладагента проводят в замкнутых контурах, где хладагенты в газообразном состоянии последовательно сжимают в несколько ступеней с повьппением давления и межступенчатым и концевым охлаждением и частичной конденсацией при помощи постороннего теплоносителя, охлаждают с полным ожижением и переохлаждением за счет образования обратного потока уже охлажденного и .сдросселированного до низкого давления хладагента при одновременном

„Я0„„1 55138 А3 теплообмене основного и вспомогательного хладагентов соответственно с потоком сжижаемого газа и потоком основного хладагента для их по крайней мере частичного сжижения, после чего образовавшийся пар хладагентов низкого давления вновь подают на сжатие, сжижаемый газ первоначально охлаждают и осушают путем теплообмена с потоком пара низкого давления, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности способа за счет повышения энергетического КПД и устранения гидратообразования, сжатие вспомогательного хладагента осуществляют с последова- Я тельным увеличением его количества от ступени к ступени до сжатия всего потока, при этом после предпоследней ступени поток сепарируют на жидкую и газообразную фазы, которые по рознь сжимают, и часть жидкой фазы после дросселирования смешивают с @ газовой фазой и образовавшийся смешанный поток после охлаждения внешним теплоносителем разделяют на две части, первую из которых дросселируют до промежуточного давления, направляют на дополнительное предвари- 0 1 тельное охлаждение и осушку сжижаемого газа и возвращают на стадию сепарации, а вторую — охлаждают и сжижают посредством образования об- а ратного потока уже охлажденной и сдросселированной до давления, мень - Q4 шего, чем промежуточное, частью хладагента при одновременном дополнительном теплообмене с потоком сжатого в последней ступени основного хладагента, и оставшуюся часть от-

13) (.е(!л1>l!1>()ил иной ж)(дк()й ф

Р У НУГ И Г М(! Н(И Г) Л Н>Т (. tf (! P f f () и Ч Л (" Т Ь Н) C М( шанного псггокл перед дс>1(олнитель!!ым охлаждением и осушкой.

2. Способ по п,1, о т л и ч л юшийся тем, что при охлаждении и сжпжении второй части (меп>анного потока обратный поток рлэделя!от и дросселируют соответственно до низкс>го и до среднего, но меньшего промежуточного, давлений, после чего образовавипшся плр низкого и сред >138 нс1() длвлгний í(lffрлн.)ян>т нл со(>тнгтГ Tff ) f(>f(fff(". (T > ff() tfff СЖЛ 1!Л °

3. Способ но пп.1 и 2, о т л и ч л н> шийся тем, что одновременно с дополнительным охлаждением и осушкой сжижаемог0 газа организуют обратный поток иэ первой части смешанного потока с его дросселировлнием до среднего давления и нос.педующим смен!ением его с паром среднего давления перед сжатием.

Изобретение касается способа охлаждения глзл до llltнкой темперлт>ры и особенно сжижения природног о или синтетического гл)л с низкой точкой кипения, тлкого, например, клк г;lэ с большим содержанием метана.

Цель изобретения — новь!шение эффективности за с.чет повышения энергетического КП(1 и устранения гидрлтообразования. 10

На фиг . 1 пока эл и варил нт ре ллиэации способа сжижсния газа, например природного, с помощью конденсации вспомогательного хладагентл при промежуточном и высоком давлении и с помощью дросселировлния последнего при промежуточном и низком давлении; на фиг.2 — вариант, в котором в".помогательный хллдлгент дросселируют при трех различных дав— лениях — низком, среднем и промежуточном; нл фиг.3 — вариант с тремя различными давлениями дросселирования согласно фиг.2, в котором основной хллдагент охлаждают и сжижают по крайней мере частично в две последовател ьные стадии посредс твом тепловь!х обменов со вспомогательным хладагентом; нл фиг.4 — вариант согласно фиг.2 предварительного охлаж— дения сжижаемого глэл вспомогательным хладагентом с дросселированием до промежуточного давления;на фиг.5— вариант согласно фиг.3 предварительного охлаждения сжижаемого газа 35 вмес)те со ясном(глтельным хладагентом этого рлсширенногo вспомогательного ох!)л>Г;((!. нного потока во внутреннем пространстве оболочки соответствующего теплообменника с сопутствующим испарением в этом пространстве.

Основной хладагент, являющийся более легким, может быть например, следующей многокомпонентной смесью, мол.%:

Лзот 0-10

Иетлн 30-60

Этилен или

30-60 этан

Пропилен,пропан, бутан и менее летучие 0-20

Вспомогательный хладагент, являющийся более тяжелым, может быть, например, следующей многокомпонентной смесью, мол.%:

Метан 0 — 15

Этилен или

30-65 этан

Пропилеи или

10-60 пропан

Иэобутлн или бутан и менее легучие 0-30

Способ осуществляется следующим образом, Сжижаемый газ, например природный, в относительно сухом состоянии, поступающий по трубопроводу 1 при

O температуре, напри !ер,20 С и абсолютном давлении, например, около

45 бар проходит по каналу 2 теплообменника 3 для предварительного охлаждения в нем путем теплового обмена с легким основным хладаген1 3 55 51 том, циркулирующим в канале 4 того же самого теплообменника, н направлении, противоположном направлению потока газа в канале 2. Выходя иэ тепI 5 лообменника 3 через трубопровод 5, гаэ имеет температуру около -60 С и абсолютное давление около 44 бар, и затем он проходит через устройство 6 обработки, направляясь затем через трубопровод 7 на вход канала

8 в последовательных секциях 9 и

10 теплообменика 11, чтобы там быть соответственно полностью сжижаемым и переохлажденным в результате теплового обмена с основным хладагентом.

На выходе теплообменника 11 сжиженный газ имеет температуру около

-160 С и абсолютное давление около

40 Gap, затем он расширяется в дроссельном клапане 12 и транспортируется по трубопроводу 13 в место консервации или хранения сжиженного природного газа или в место обработки или использования последнего. 5

Основной хладагент подается полностью в парообразном или газообразном состоянии при температуре окоЛо

5ОС и низком абсолютном давлении, например около 3 бар,на первую ступень 14 сжатия, откуда он нагнетается при промежуточном давлении через межступенчатое охлаждающее устройство 15 и подается на вторую ступень

16 сжатия, которая повышает его дав35 ление, поддерживая в газообразном состоянии, до высокого абсолютного давления, например около 30 бар,пропуская через концевое охлаждающее устройство 17,откуда он выходит, предпочтительно оставаясь в газообразном состоянии, при температуре, например, 35 С. Иежступенчатое и концевое охлаждение осуществляют посторонним теплоносителем. Затем он

45 попадает в канал 18 теплообменника

19, где основной хладагент охлаждается в результате теплового обмена со вспомогательным хладагентом,чтобы по крайней мере частично быть сжи50 кенным. Основной хладагент, по крайней мере частично конденсированный о при температуре около -65 С и абсолютном давлении около 29 бар, оставляет теплообменник 19 в виде смеси фаз соответственно газообраэнои

55 и жидкостной, которые затем разделяются в сепараторе 20. Газообразная фаза отводится по трубопроводу 21 в

18 участок канала 22, расположенного H секции 9 теплообменника 11, чтобы быть там сжиженной, затем эта сжиженная часть переохлаждается в участке канала 22, помещенного в секции 10 теилообменника 11, откуда эта переохлажденная часть выходит по трубопроводу 23 при температуре около †1 С и абсолютном давлении около

23 бар, проходя затем через дроссельный клапан 24 для расширения.

Это расширение охлаждает эту часть фазы до температуры, например, око0 ло. — 163 С, понижая абсолютное давление, например, примерно до 4 бар, затем эта расширенная часть фазы отводится по трубопроводу 25 в распределительное устройство 26, где сдросселированная часть фазы распыляется в теплообменник 11, в его межтрубное пространство, образуя обратный поток. Таким образом, основ1 ной хладагент протекает в виде обратного потока (пара низкого давления), омывая каналы 8, 22 и 27 теплообменника 11, при этом он продолжает испаряться в результате прямого контакта со вспомогательным хладагентом, и находясь в противотоке по отношению к потокам, соответственно транспортируемым в этих каналах теплообменника.

Таким образом, легкий основной хладагент циркулирует по следующему заданному контуру охлаждающего каскада: ступени 14 и 16 сжатия — теплообменник 19 — теплообменник 11 теплообменник 3 и вновь ступени 14 и 16 сжатия и т.д.

Жидкая фаза основного хладагента, отсепарированная в сепараторе 20, направляется по трубопроводу 28 в канал 27 секции теплообменника l1,чтобы быть там переохлажденной до температуры около -135 С и иметь абсолютное давление около 28 бар, и она выходит из секции 9 по трубопроводу

29, чтобы затем пройти через клапан

30 для дросселировання. Это охлажда- ет эту часть фазы до температуры около -133 С, понижая ее давление до

3,7 бар.,затем сдросселированный поток отводится по трубопроводу 31 в распределительное устройство 32, где он распыляется во внутреннее пространство теплообменника 11. Эта распределенная часть фазы течет затем в противопотоке, т.е. н направлении, 40

5 !3551 обратном направлению течения потоков в соответствующих каналах 8, 22 и 27, омывая последние таким образом, что продолжает испаряться в резуль5 тате прямого контакта, и этот пар низкого давления смешивается с паром низкого давления хладагента, поступающего из распределительного устройства 26, омывая указанные три канала теплообменника 11. Этот прямой контакт между обратным потоком пара низкого давления и указанными потоками в каналах теплообменника вызывает тепловой обмен между ними, производя таким образом, с одной стороны, энергичное переохпаждение сжижаемого газа и снижение хладагента, циркулирующего соответственно в каналах

8 и 22, расположенных в секции 10, и, с другой стороны, сжижение потоков в соответствующих каналах, размещенных в секции 9, а также пере охлаждение жидкого хладагента, циркулирующего в канале 27 в той же 25

"амой секции 9.

Полностью испаренный основной хладагент, выходящий иэ теплообменника 11 через выпускное отверстие 33 и трубопровод 34, проходит затем через теплообменник 3 по каналу 4, циркулируя в нем в направлении, противоположном направлению потока сжижаемого природного газа в канале 2, с тем, чтобы охладить последний в реэультате теплового обмена. Газообразный основной хладагент, оставляющий теплообме.нник 3, например,при температуре 5 С и абсолютном давлении 3 бар, затем вновь всасывается ступенью 14 сжатия в целях повторения цикла охлаждения, образуя замкнутый контур каскада охлаждения.

Вспомогательный хладагент всасывается в газообразном состоянии, нао 45 пример, при температуре около 30 С и низком абсолютном давлении 3 бар первой ступенью 35 сжатия и сжимается до среднего давления, проходя затем через межступенчатое охлаждающее устройство 36, откуда он вса50 сывается в газообразном состоянии второй предпоследней ступенью 37 сжатия, где сжимается до промежуточного давления, например, около 20 бар. В межступенчатом охладителе 38 сжатый вспомогательный хладагент конденсируется по крайней мере частично в с.меси q,aç соответственно газо-.

38

6 образной и жидкостной при температуре, например, около †1 С, Оставляя охладитель 38,вспомогательный хладагент смешивается с другой частью его самого, испаренной в большинстве своем, затем подвергается сепарации в сепараторе 39. Газообразная фаза всасывается третьей ступенью 40 сжатия, где доводится до высокого давления, например около

30 бар, и направляется в трубопровод 4 1. Отсепарированная жидкая фаза всасывается насосом 42, который поднимает ее давление до высокого давления, приблизительно равного давлению после третьей ступени 40 сжатия и направляет эту сжатую жидкую фазу, например, при абсолютном давлении примерно 32 бар и температуре 35 С в нагнетающий трубопровод 43, где большая часть отводится трубопроводом 44 через клапан

45 до трубопровода 41, чтобы смешаться с газообразным потоком, нагнетаемым ступенью 40 сжатия, в то время как другая часть, меньшая, в .трубопроводе 43 дросселируется в жидком состоянии (без изменения фазы) в дросселе 46 до промежуточного давления 20 бар. Смесь фаз высокого давления соответственно газообразной и жидкостной в трубопроводе 41 поступает затем в концевой охладитель 47 для сжижения там в большинстве своем. Межступенчатые и концевый охладитель работают на постороннем теплоносителе. Сжиженный таким образом поток в большей своей части выходит из охладителя 47 по трубопроводу 48 и разделяется в точке 49 ответвления на две части: одна часть протекает по каналу 50 теплообменника 19, где последовательно полностью сжи— жается, затем переохлаждается в результате теплового обмена по крайней мере с частью ее самой, т.е. при образовании обратного потока, в то время, как другая часть, текущая по трубопроводу 51, проходит через дроссель 52, где дросселируется до промежуточного давления около 20 бар, что вызывает ее сопутствующее частичное испарение. Переохлажденный хладагент в канале 50 теплообменника 19 оставляет последний через трубопровод 53 при температуре около -65 С и абсолютном давлении около 28 бар и проходит через дроссель при температуре около 35 С и абсолютном давлении около 48 бар на предварительное дополнительное охлаждение и осушку, затем оставляет теплообменник 59 по трубопроводу 62 при температуре около 20 С и абсолютном давлении около 47 бар и в относительно сухом состоянии, чтобы затем быть высушенным еще больше, и затем поступает во впускной трубопровод 1 (его давление тогда понижается до 45 бар по причине понесенных потерь нагрузки). В теплообменнике 59 вспомогательный хладагент нагревается в ре- зультате теплового обмена с сжижаемым влажным ppHpopHblM газом, оказываясь таким образом частично испаренным, и он оставляет теплообменник 59 при температуре около 30 С и давлении 20 бар для соединения через трубопровод 63 в точке 64 с потоком вспомогательного хладагента после предпоследней ступени 37 сжатия и охладителя 38, чтобы эта смесь, состоящая соответственно иэ газообразной и жидкостной фаэ,возвратилась на стадию сепарации в сепараторе 39 в целях повторения каскада охлаждения в замкнутом контуре °

Рециркуляция жидкой части вспомогательного хладагента при высоком давлении, создаваемом насосом 42, в трубопроводе 43 позволяет избежать образования и осаждения гидратов в сжижаемом влажном природном газе во

C время его прохождения через теплообменник 59 благодаря поддерживанию температуры вспомогательного хладагента, несмотря на его дросселирование в дросселе 52 по отношению к жидкой части, поступающей по трубопроводу 43 °

Теплообменники 11 и 19 состоят, например, иэ намотанных пучков труб, тогда как теплообменник 3 является, например, пластинчатого типа. Теплообменник 19 также может быть пластинчатого типа.

На выходе дросселя 54 трубопровод 65 соединяется с каналом 66 испарения теплообменника 19, размещенным между трубопроводами 65 и 57. В теплообменнике 19 образован дополнительный канал 67 испарения, конец которого внизу по течению соединен с помощью трубопровода 68 со всасывающим отверстием второй ступени 37 сжатия, и его конец вверху соединя55

7 1355138 8

54, где расширяется. Это расширение

его охлаждает до температуры около

-70 С, понижая его давление до давления меньшего промежуточного на1

5 пример до 3,5 бар, затем этот поток поступает в распределительное устройство 55, где он распыляется форсунками во внутреннем пространстве теплообменника 19, образуя обратный поток. Обратный поток осуществляет дополнительный теплообмен с потоком сжатого в последней ступени 17 сжатия основного хладагента, протекающего в канале 18, и потоком вспомогательного хладагента в канале 50, омывая одновременно эти два канала потока в противотоке, Происходит теп- ловой обмен между потоками, транспортируемыми соответственно в каналах 18 и 50 и обратным потоком,распределенным во внутреннем пространстве теплообменика 19, который продолжает испаряться в результате сопутствующего нагревания, в то время как соответствующие потоки в каналах 18 и 46 охлаждаются, что вызывает по крайней мере частичное сжижение основного хладагента, циркулирующего в канале 18, и последовательно полное ожижение и затем переохлажде.ние вспомогательного хладагента, циркулирующего в канале 50. Вспомо. гательный хладагент, испаренный во внутреннем пространстве теплообменника 6, выпускается из последнего через выходное отверстие 56 при температуре около 30 С и давлении около 3 бар, поступая по трубопроводу

57 на вход первой ступени 35. сжатия, 40 обеспечивая таким образом повторение цикла охлаждения, т.е. замкнутый контур охлаждающего каскада.

Сдросселированная жидкая фаза вспомогательного хладагента после

45 дросселя 46 смешивается в точке 58 с частично испаренной частью потока, выходящей иэ дросселя 52, после чего эта смесь газообразной и жидкостной фаз проходит через теплообменник 59, где происходит тепловой

50 обмен между вспомогательным хладагентом и сжижаемым влажным природным газом, протекающим по каналу 60, циркулируя в нем в направлении, обратном направлению течения вспомога.тельного хладагента. Сжижаемый влажный природный газ поступает в теплообменник 50 по трубопроводу 61

9 13551 ется с помощью трубопровода 69 с выходом другого устройства дросселирования, например дросселя 70, вход которого соединен посредством тру5 бопровода 71 в промежуточной точке

72 трубопровода 53, расположенного между дросселем 54 и каналом 50.

kla выходе межступенчатого охлаждающего устройства 36 между первой и второй ступенями 35 и 37 сжатия трубопровод 73 соединен в промежуточной точке 74 трубопровода 68 между каналом 67 испарения и второй ступенью

37 сжатия, 15

Количественный молярный состав тяжелого вспомогательного хладагента может быть, например, изменен следующим образом,7.:

Метан 0-10

Этилен или

30-70

25 этан

Пропилеи или пропан 10-60

Иэобутан или нормальный бутан и менее летучие .углеводороды 0-20

При этом переохлажденный жидкий вспомогательный хладагент, циркулирующий в трубопроводе 53, разделяется в точке 72 на два частичных параллельных потока, из которых первый проходит через дроссель 54 для расширения в нем, охлаждаясь таким обрао зом до температуры около -70 С и имея абсолютное давление до 3 бар, затем он проходит через канал 66 для дальнейшего испарения в нем благодаря тепловому обмену в противотоке с по40 токами, циркулирующими соответственно в каналах 18 и 50, и выходит из теплообменника 19 через трубопровод

57 при температуре около 30 С и давлении около 2,5 бар. Другой частич45 ный поток, текущий по трубопроводу

71, проходит через дроссель 70,где расширяется, снижая свое давление до 10 бар, затеи он проходит через канал 67 для дальнейшего испарения

50 в нем благодаря тепловому обмену в противотоке с хладагентами соответственно основным и вспомогательным, циркулирующими соответственно в каналах 18 и 50. Этот другой частичный поток, полностью испаренный, ос55 тавляет канал 67 через трубопровод о

68 при температуре около 30 С и давлении около 3 бар, соответствующем давлению нагнетания первой ступени

35 сжатия в трубопроводе 73. В точке 74 он смешивается с газообразным вспомогательным хладагентом, выходящим из межступенчатого охладителя

36, затем обьединенные таким образом оба газообразных потока всасываются второй ступенью 37 сжатия.

Таким образом, в этом примере реализации вспомогательный хладагент испаряется при трех различных давлениях, которыми соответственно являются низкое давление, существующее на Вс.àñûâàíèè первой ступени

35 сжатия, среднее давление между. первой и второй ступенями 35 и 37 и промежуточное давление между ступенями 37 и 40 сжатия.

Основной хладагент может вместо того, чтобы подвергаться единичному предварительному охлаждению благодаря тепловому обмену с вспомогательным хладагентом в единственном теплообменнике 19, подвергается двум последовательным охлаждениям благодаря последовательным тепловым об— менам в двух теплообменниках 75 и

76, в которых соответствующие каналы 77 и 78 основного хладагента соединяются последовательно промежуточным тцубопроводом 79 и конец внизу по течению канала 78 потока соединяется с трубопроводом 80, ведущим в сепаратор ?О. Каналу 50 вспомогательного хладагента теплообменника 19 не соответствует в данном варианте канал 81 первого теплообменника 75, тогда как после точки

72 трубопровод 53 соединен с каналом 82, расположенным во втором теплообменнике 76, и соединяется с помощью трубопровода 83 с входом дросселя 54 ° Исходя из того, что соответствующие испарения жидкого вспомогательного хладагента, расширенного в дросселях 54 и 70 при двух различных давлечиях соответственно низком и среднем, непрерывно имеют место в двух отдельных тепло- обменниках 75 и 76, трубопроводы

65 и 69 для соответствующих частичных потоков расширенного вспомогательного хладагента могут здесь быть соединены соответственно с распределительными устройствами, например форсунками 84 и 85, выходящими соответственно во внутренние пространства теплообменников 76 и 75

11 13551 (хотя по крайней мере один или каждый из трубопроводов 65 и 69 может быть соединен с каналом испарения, расположенным в соответствующих теплообменниках 76 и 75).

Охлаждающие потоки (легкий основной и тяжелый. вспомогательный) по существу каждый имеет тот же количественный и качественный относительный состав, что и в предыдущем случае.

Вспомогательный хладагент, оставляющий в жидком переохлажденном состоянии канал 81 теплообменника 75 через трубопровод 53, имеет темперао туру около -10 С и абсолютное давление около 29 бар. Расширенный частичный поток, поступающий из дросселя

70 по трубопроводу 69,имеет темперао туру около -16 С и абсолютное давление около 10 бар, этот поток распределяется форсунками 85 во внутреннее пространство теплообменника 75, где он продолжает испаряться в результате теплового обмена благодаря прямому контакту в противотоке с соответствующими потоками, циркулирующими в каналах 77 и 81, и выходит через отверсти 86 кожуха этого теплообменника при температуре около 30 С и давлении около 9 бар. Другой частично жидкий переохлажденный поток вспомогательного хладагента, выходящий из точки 72, проходит по каналу

82 в теплообменник 76, чтобы еще больше там переохладиться, и оставляет этот канал потока через трубопровод 83 при температуре около

-65 С и абсолютном давлении. около о

28 бар, чтобы затем подвергнуться расширению в дросселе 54, имея таким образом пониженную температуру, например около -70 С, и пониженное абсолютное давление (около 3 бар). Этот расширенный частичный поток затем

45 распределяется в точке 74 во внутреннее пространство теплообменика

76, где он продолжает испаряться в результате теплового обмена с потоками, циркулирующими соответственно в каналах 78 и 82, еще более охлаждая тем самым эти потоки. Этот второй частичный поток, испаренный таким образом, покидает внутреннее пространство теплообменника 76 через

55 выпускное отверстие 87 в кожухе теплообменника 76 поступая в трубопроУ о вод 57 при температуре около -15 С

38 12 и низком абсолютном движении около

2,5 бар. Газообразный вспомогательный хладагент низкого давления в трубопроводе 57, который поступает на всасывание первой ступени 35, является более холодным, т.е. температура более низкая (-15 С), чем в случае предыдущего варианта реализации (где его температура составляет примерно 30 С). При этом на каждую ступень сжатия поступает постоянно увеличивающиеся количество хладагента при соответствующем давлении.

Следующий вариант реализации отличается от предыдущего тем, что присоединяется криогенный теплообменник 88 предварительного охлаждения относительно сухого сжижаемого при.= родного газа, который (теплообменник) установлен во впускном трубопроводе 1 газа перед криогенным теплообменником 3 охлаждения газа, Этот теплообменник 88 предварительного охлаждения газа, который является пластинчатым типом, содержит по крайней мере один канал 89 для прохода газа, соединенный своим концом с трубопроводом 1 и своим противоположным концом с помощью соединительного трубопровода 90 с входом канала

2 криогенного теплообменника 3 охлаждения газа. Кроме того,теплообменник 88 содержит по крайней мере один канал 91 и один канал 92 испарения для вспомогательного хладагента,расположенный по крайней мере приблизительно параллельно направлению канала 82 и взаимно соединенный после- довательно. Канал 91 соединен своим входным концом с помощью трубопровода 93 с промежуточной точкой 94 трубопровода 43, расположенной между каналом 50 и точкой 49, Противоположный конец канала 91 соединен с помощью трубопровода 95 с входом устройства расширения типа дросселя 96, выход которого соединен с помощью трубопровода 97 с входом канала 92 испарения, противоположный конец которого соединен с помощью трубопровода 98 с всасывающим отверстием второй ступени 38 сжатия, в промежуточных точках 73 и 99 этого трубопровода 98 ответвляются соответственно трубопровод 73 у выхода межступенчатого охлаждающего устройства 36 и трубопровод 68.

13 13551

Хладагенты соответственно легкий основной и тяжелый вспомогательный имеют здесь, например, те же по существу относительные качественные и количественные составы, .что и соот5 ветствующие хладагенты в примере реализации, представленном на фиг,2, Сжижаемый газ .в относительно сухом состоянии примерно при температуре около 20 С и абсолютном давлении около 45 бар поступает по трубопроводу 1 и проходит по каналу 89 теплообменника 88 предварительного охлаждения, где этот гаэ предвари.— тельно охлаждается, имея пониженную температуру, например около -15 С (при соответствующем давлении, например около 44,5 бар), в результате теплового обмена со вспомогательным хладагентом, протекающим в том же теплообменнике 88 предварительного охлаждения. Предварительно охлажденный таким образом гаэ поступает по трубопроводу 90 в криогвнный 25 теплообменник 3 охлаждения, начиная с которого его физическое и термодинамическое развитие такое же, как это было описано.

Часть сжиженного вспомогательного хладагента, поступающая по крайней мере в большей части по трубопроноду

48, после точки 49 отводится в точке 94 трубопроводом 93 и проходит по каналу 91 теплообменника 88 предварительного охлаждения, где эта

35 часть последовательно полностью сжижается и затем переохлаждается в результате теплового обмена по крайI ней мере с частью ее самой, Эта жидкая переохлажденная часть оставляет канал 91 через трубопровод 95, имея температуру около -15 С и абсолютное давление около 29 бар, затем проходит через дроссель 96 где подверУ

45 гается расширению, что ее охлаждает о до температуры около -20 С, понижая ее абсолютное давление до примерно

10 бар. Расширенная таким образом часть вспомогательного хладагента

50 выходит из дросселя 96 через трубопровод 97 для прохода по каналу 92, где эта часть полностью испаряется в результате теплового обмена в противопотоке с потоками, циркулирующими соответственно н канале 89 и в кана55 ле 91, что вызывает, с одной стороны, предварительное дополнительное охлаждение сжижаемого природного га38 14 эа н канале 89 и, с другой стороны, полное сжижение и переохлаждение части вспомогательного хладагента,циркулирующего в канале 91, Таким образом, полностью ныпаренная часть вспомогательного хладагента выходит из теплообменника 88 че,рез трубопровод 98 с температурой около 30 С и среднем давлении около 9 бар, чтобы затем смешиваться в точках 99 и 74 с выпаренными частями вспомогательного хладагента, поступающими соответственно по трубопроводам 68 и 73, затем потоки объединенных таким образом газообразного и вспомогательного хладагентон всасынаются ступенью 37 сжатия.

Данная схема (фиг.4) демонстрирует разделение компрессионной мощности между контуром основного хладагента и контуром вспомогательного хладагента„ и может быть выгодным загрузить один иэ этих двух контуров больше, чем другой. В данном случае компрессионная мощность является одинаковой в этих двух контурах, но контур вспомогательного хладагента, например, более загруженный, чем в варианте реализации, представленном на фиг.2. В качестве примера схема согласно фиг.4 может содержать отдельный привод для ступени 14 сжатия, отдельный привод для ступени 15 сжатия, отдельный привод для ступени

35 сжатия и общий принод для двух ступеней 37 и 40 сжатия (которые тогда механически соединяются с помощью их соответствующих валов).

Образованный канал 92 в теплообменнике 88 предварительного охлаждения может быть при необходимости заменен внутренним пространством, ограниченным кожухом или камерой теплообменника 88, и тогда трубопровод

97 соединяется с распределительным устройством с помощью форсунок, установленных в теплообменнике и выходящих непосредственно во внутреннее пространство таким образом, что вспомогательный хладагент протекает в этом внутреннем пространстве в противотоке по отношению к потокам, соответственно транспортируемым в каналах 89 и 91, омывая последние благодаря прямому контакту.

Схема, представленная на фиг.5,. вытекает из схемы на фиг.3 и отличается от последней присоединением кри15 13551 огенного теплообменника 88 предварительного охлаждения газа, как в случае на фиг.4, но в этом случае пластинчатый тип теплообменника на фиг.4 заменен теплообменником в ви5 де скрученных пучков труб. Расширенный до среднего давления вспомогательный хладагент, распределенный во внутреннем пространстве теплообменника 88 распределительным устрой ством 100, течет тогда в направлении, обратном общему направлению течения (т.е,, организуется обратный поток) соответствующих потоков в каналах 89 и 91, омывая последние благодаря прямому контакту, где тепловой обмен продолжает испарение потока вместе с сопровождающимся охлаждением сжиженного природного газа в канале 89 и вспомогательного хладагента в канале 91. Вспомогательный хладагент, выпаренный таким образом полностью (т.е. пар среднего давления) во внутреннем пространстве теплообменника 88, оставляет IIQ следний через отверстие 101 в кожухе

38 16 теплообменника 88 и затем транспортируется по трубопроводу 98, как было описано. Относительно сухой природ— ный газ поступает сюда через трубо— провод 90 при температуре около 20 С и абсолютном давлении около 46 бар, и он дополнительно охлаждается в теплообменнике 88 до температуры нао

1 пример, -15 С при давлении около

45 бар.

Обратный поток смешивается затем с паром, поступающим на вторую ступень 37 сжатия.

Экономия энергии в данном chocoбе возникает вследствие того, что в каскаде вспомогательного хладагента сжимается не весь его поток, а его части в различйых ступенях сжатия, и общая потребляемая мощность уменьшается. Кроме того, более совершенный энергетический цикл, примененный в способе, позволяет более полно осушить и охладить сжижаемый газ с предотвращением образования в нем гидратов.

1355138.1355138

1 l 1 !! >Н

Корректор С.Шекмар

Редактор С.Пекарь Техред Л.Сердюкова

Заказ 5720/58

Тираж 476 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, r.Ужгород, ул.Проектная,4