Способ сжижения газа и устройство для его осуществления

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации пю патентам и товарным знакам (21) 4877598/06 (22) 22.1090 (46) 30.10.93 Бюп. На 39 — 40 (71) Всесоюзный научно-исследовательский институт по сбору. подготовке и транспорту нефти и нефтепродуктов (72) Юлбердин АХ (73) Юлбердин Арсланбек Харисович (54) СПОСОБ СЖИЖЕНИЯ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Использование: для сжижения газа и газовых смесей. Сущность изобретения: устройство содер(19) RU (») 200217б С1 (51) 5 F25Л 1 02 жит два контура: продукционный разомкнутый и рефрижераторный замкнутый. Продукционный контур включает смеситепь, компрессор, конденсатор-испаритель. Рефрижераторный контур состоит из насоса, конденсатора-испарителя, турбины и конденсатора смешения, а также эжектора, пассивное сопло которого соединено с жидкостным пространством конденсатора смешения, активные— с паровым пространством конденсатора смешения, а выходное сопло — с жидкостным пространством конденсатора смешения. 2 с.п.ф-пы, 1 ил.

2002176

10

Изобретение относится к процессам сжижения газа и газовых смесей, э именно к сжижению воздуха, азота, кислорода, природного газа и других трудносжижаемых газов, в том числе метана, который можно транспортировать в жидком состоянии с «спользованием тепла окружающей среды, изобретение включает и аппаратурное оформление.

Известен способ сжижения газов с использованием сжатия газа с в компрессорах, охлаждения в холодильниках, расширения в детандерах или через дроссельные вентили, отделения газа от жидкости в сепараторах, применяют рекуперацию холода.

Классический каскадный метод, применяемый для сжи>кения природного газа, имеет существенные недостатки — сложность его схемы. большое число теплообменного оборудования и необходимость применения трех раэнотипных компрессоров для сжатия пропана, этилена и природного газа до давления 60 — 70 кгс/см, что г увеличивает капиталовложения и эксплуатационные затраты на производство сжиженного газа, Недостатки детандерных циклов для сжи>кения природного газа с начальным давлением 50 кгс/см при полной циркуляции газа увеличивают удельный расход энергии до 0,66 кВт ° ч/кг. При этом энергия, возвращаемая турбодетандером, составляет около 25 энергозатрат в компрессоре, Для улучшения технико-зкономических показателей сжижения природного газа в детандерном цикле необходимо повысить давление газа до 60 — 80 кгс/см, применять г предварительное охлаждение газа в пропановой холодильной установке или применять смешанный хладагент. Однако при этом удельный расход энергии повышается на 25-30%. Минимальная величина удельного расхода энергии составляет 0,380,42 кВт ч/кг, Наиболее близким по технической сущности изобретению является способ сжижения содержащего азот природного газа, включающий охлаждение газа с помошью соединенных в каскад замкнутых холодильных циклов на основе. составных частей с>кижаемого природного газа, каждый из которых проходит только одну ступень давления, и отделение в колонне из сжиженного газа перед его дальнейшим охлаждением низкокипящих инертных компонентов, в особенности азота, применяют открытый холодильный цикл, по которому из средней части колонны отводят по меньшей мере

55 частично газообразную смесь метана и азота. конденсируют при теплаобмене со смесью наиболее холодного замкнутого холодильного цикла, переохлаждают и расширяют, после чего смесь используют для глубокого охлаждения сжиженного и риродного газа.

Недостаток — низкая эффективность за счет применения двух типов компрессоров с давлением нагнетания до 42 кг/см и большого количества теплообменной аппаратуры в каскадном цикле.

Цель изобретения — повышение эффективности производства, снижение удельного расхода энергии путем использования энергии сжижаемого природного газа.

Указанная цель достигается тем, что сжиженный газ разделяют на двэ потока, один иэ которых дросселируют и испаряют и ри теплообмене с хлада гентом рефрижераторного цикла, а полученные пары смешивают с потоком газа перед его сжатием, при этом в рефрижераторном цикле пары хладагента после теплообмена со сжатым газам расширяют в турбине и полученный пэрожидкостный поток конденсируют с последующим отводом двух паровых и двух жидкостных потоков, один из жидкостных потоков дросселируют и нагревают при теплообмене с одним из паровых потоков, который при этом сжи>кают, другой паровой поток хладагента с>кижают при теплообмене с потоком газа после дросселя, полученные потоки жидкого хладагента соединяют и подают на сжатие, нескондировавшиеся пары хладагента эжектируют и конденсируют.

Устройство для сжижения газа, содержащее компрессор и конденсатор-испаритель, трубное пространство которого сообщено с замкнутым рефрижераторным контуром, с целью повышения эффективности снабжено смесителем и кожухотрубным теплообменником, трубное пространство которого посредством трубопроводов с драсселем на входе соединено с межтрубным пространством конденсатора-испарителя, а на выходе — со смесителем, при атом рефрижераторный контур выполнен в виде последовательно соединенных насоса, трубного пространства конденсатора-испарителя, турбины, размещенной на одном валу с компрессором, и конденсатора смешения, паровое пространство которого сообщено с межтрубным пространством конденсатора и с пассивным соплом эжектора, установленного выходным соплом в жидкостное пространство конденсатора смешения, а активное сопла эжектара саоб2002176 щена с паровым пространством конденсатора смещения.

На чертеже изображена схема, иллюстрирующая способ сжиженив газов, и устройство для его осуществления.

Процесс сжижения газа осуществляют при помощи одновременной совместной работы двух термодинамических циклов, первый —. сжижение природного газа, второй - рефрижераторный метановый цикл, Цикл сжиженгля природного газа включает газовую сеть 1, смеситель 2, газовый компрессор 3 с электродвигателем 16, конденсатор-испаритель 4 с дроссельным вентилегл

17, кожухотрубный теплообменник 12, соединенные между собой трубами.

К конденсатору-испгрителю 4 подключен насос 5 для подачи сжиженного природного газа (СПГ) потребителю 7 по магистральному газопроводу 15 для транспортировки СПГ за счет использования тепла окружающей среды.

Рефри>кераторный метановь!й цикл включает насос 8, трубное пространство конденсатора-испаригеля 4, газовую турбину 9 с электрогенератором 14, конденсатор смешения 10 с э>кекторогл 13, дроссельным вентилем 18, кожухотрубным конденсатором l1, соединенные между собой трубами.

Конденсатор смешения 10 внутри имеет насадку из колец Рашига, расположенных в двух отсеках.

Гас с теглпературой 295 К и давлением около 4 кгс/см, подлежащий сжижени о, из

2 газовой сети 1 поступает в смеситель 2, где газ охлаждают до 267 К парами сжиженного газа с температурой 125 — 135 К, поступающими из теплоабменника 12. Охлажденный в смесителе 2 газ поступает в компрессор 3, где газ сжимают до 8 — 10 кгс/см, при этом

2 температура газа повышается до 315 К, из компрессора 3 газ поступает в межтрубнае пространство конденсатора-испарителя 4, где газ охлаждают до 125 К и сжи>кают за счет испарения хладагента в трубках конденсатора-испарителя 4, где происходит процесс передачи тепла от сжижаемого газа хладагенту, Жидкий газ, полученный в межтрубном пространстве конденсатора-испарителя 4, разделяют на два потока, из которых основной поток насосом 5 подается потребителю по трубе 15 или в хранилище СПГ для его использования в качестве моторногатоплива или в качестве энерго осителя, другой поток дросселируют через дроссельный вентиль 17 и подают в трубное пространство кожухатрубнога теплообменника 12 и в конденсатор смешения 10 для сжижения паров хладагента. поступающего по трубе из конденсатора смещения 10 за

10

20 счет кипения и испарения жидко"o газа в трубках теплообменника 12, пары по трубе подают в смеситель 2 для охлаждения сжижаемого газа. Процесс с>кижения газа повторяютт.

В межтрубном пространстве конденсатора 11 производят с>ки>кение паров хладагента, поступающего из конденсатора смешения 10 по трубе, сжижение паров хладагента производят за: счет испарения части жидкого хладагента после дросселирования через вентиль 18 и поступления в трубки конденсатора 11, где жидкий хладагент кипит, испаряется и откуда пары через эжектар 13 поступагат в жидкостное пространство конденсатора смешения 10; в качестве рабочего агента в эжектор 13 поступают пары хладагента из конденсатора смешения 10 и эжектируемые пары из конденсатора 11. Жидкий хладагент из anпаратов 10, 11 и 12 по трубам поступает s насос 8, его сжимают в насосе и направляют в трубное пространство конденсатора-испарителя 4, где жидкий хладагент под давле25 нием до 50 кгс/см подогревают, испаряют г и получают пар с температурой 200 К, который по трубопроводу направляют в турбину

9, где в процессе адиабатического расширения он совершает механическу о работу как

30 привод компрессора 3 или электрогенератора 14, при этом давление паров хладагента снижается до 3-5 кгс/см . температура па2 ра снижается до 109 К, часть паров переходит в жидкое состояние. Количество

35 жидкого хладагента после турбины составляет 23 — 24 /. Смесь паров и жидкого хладагента из турбины 9 по трубе поступает в нижн аю часть конденсатора смешения 10, под кольца Рашига, в аппарате происходит

40 отделение пара от жидкости, жидкий хладагент накапливается в нижней части аппараТа 10 и используется для конденсации пара, в том числе: основное количество паров хладагента сжижают в конденсаторе смешения

45 путем подачи жглдкаго газа в верхнюю часть аппарата и его встречи с парами на кольцах

Рашига, а часть паров хладагента сжижается в теплообменниках. Жидкий хладагент из аппаратов 10, 11 и 12 вазвраща ат в цикл.

50 Пары хладагента из конденсатора 11 эжектируются в жидкость, находящуюся в нижней части конденсатора смешения 10, где пары канденсируют.

Данные способ сжижения газа и устрой55 ство для его осуществления обеспечивают повышение эффективности производства сжиженного газа за счет использования энергии самого сжижаемаго газа и повышение производительности установки благодаря применен.ча смесителя, конденсатора

2002176

10

20 смешения и теплообменных аппаратов. в которых происходят процессы массо- и теплообмена при изменении агрегатного состояния и применению метана в качестве хладагента.

Установка имеет возможность осуществления процесса сжижения газа при работе энергетического оборудования в нескольких вариантах; первый — работу компрессора 3, турбины 9 и электрогенератора 14 осуществляют совместно, при этом турбина мощностью

618000 кВт является приводом дпя компрессора мощностью 276000 кВт и для, электрогенератора мощностью 324000 кВт; второй — работу компрессора 3 и электродвигателя 16 осуществляют отдельно от работы турбины 9 и электрогенератора 14, при этом мощность последних составляет

Формула изобретения

1. Способ сжижения газа путем сжатия и охлаждения, осуществляемого замкнутым рефрижераторным циклом, в котором хладагент сжимают, охлаждают, расширяют и нагревают, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, сжиженный газ разделяют на два потока, один из которых дросселируют и испаряют. при теплообмене с хладагентом рефрижераторного цикла, полученные пары смешивают с потоком газа перед его сжатием, при этом в рефрижераторном цикле пары хладагента после теплообмена со сжатым газом расширяют в турбине и полученный парожидкостный поток конденсируют с последующим отводом двух паровых и двух жидкостных потоков, один из жидкостных потоков дросселируют и нагревают при теплообмене с одним иэ паровых потоков, который при этом сжижают, второй паровой поток хпадагента сжижают при теплообмене с потоком газа после дросселя, полученные потоки жидкого хладагента соединяют и подают на сжатие, несконден25

618000 кВт при сжижении 100 млрд,м газа в год.

Холодопроизводительность установки

2,0 10 —, которая равна количеству

9 ккал ч тепла, использованного при сжижении природного газа.

Удельный расход энергии на сжижение газа составляет 0,044 кВт ч/кг, что в восемь раэ меньше удельного расхода энергии по сравнению с детандерными циклами (0,38 — 0,42 кВт ч/кг). КПД рефрижераторного цикла равен 50 — 55 g. (56) Авторское свидетельство СССР

М 423990, кл, F 25 0 1/00, 1975, Авторское свидетельство СССР

М 315374, кп, F 25 J 1/00, 1971. сировавшиеся пары хладагента эжектируют и конденсируют.

2, Устройство для сжижения газа, содержащее компрессор и конденсатор-испаритель, трубное пространство которого сообщено с замкнутым рефрижераторным контуром, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности, оно снабжено смесителем и кожухотрубным теплообменником, трубное пространство которого посредством трубопровода с дросселем на входе соединено с межтрубным пространством конденсатора-испаритепя, а на выходе - со смесителем, при этом рефрижераторный контур выполнен в виде последовательно соединенных насоса, трубного пространства конденсатора- испарителя, турбины и конденсатора-смешения, паровое пространство которого сообщено с межтрубным пространством конденсатора и пассивным соплом эжектора, установленного выходным соплом в жидкостное пространство конденсатора смешения, а активное соппо эжектора сообщено с паровым пространством конденсатора смешения.

2002176

Закаэ 3167

Тираж Подписное

НПО"Поиск" Роспатента

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

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Составитель А.Юлбердин

Редактор Н.Цалихина Техред M.Moðãåíòàë Корректор M. Кул ь