Способ охлаждения фракции, богатой углеводородами

Изобретение относится к способам охлаждения и сжижения природного газа. Богатую углеводородами фракцию (A) охлаждают в трех областях (E1, E2, E3) теплообменника с помощью хладагента. Хладагент сжимают (C1) и затем отводят первую часть (4) потока, которую расширяют (X1) с совершением работы. Остальной поток (6) хладагента охлаждают в теплообменнике с помощью самого себя до температуры выше критической температуры хладагента и разделяют на вторую (8) и третью часть (10) потока. Вторую часть (8) потока расширяют (X2) с совершением работы, при этом давление и температуру выбирают таким образом, что при расширении не образуется жидкость. Третью часть (10) потока охлаждают с помощью расширенной второй части (9) потока и с помощью самой себя настолько, что при ее последующем расширении (V1) образуется доля жидкости по меньшей мере 90 мол.%. Третью расширенную двухфазную часть (11) потока испаряют в теплообменнике и подмешивают к ней вторую часть (9) потока. Образованный таким образом поток хладагента нагревают в теплообменнике и подмешивают к нему расширенную с совершением работы первую часть (5) потока. Поток хладагента перед сжатием нагревают в теплообменнике. Техническим результатом является обеспечение отношения холодопроизводительности двух расширителей (X1, X2) в диапазоне от 40/60 до 60/40. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение касается способа охлаждения фракции, богатой углеводородами, в частности природного газа.

Для ожижения фракций газа, богатых углеводородами, в частности природного газа, применяются, в том числе, способы, при которых для создания холода используется расширение газов c совершением работы. Для повышения термодинамического коэффициента полезного действия и вместе с тем для сокращения удельного расхода энергии может применяться больше одного турбодетандера. Общим признаком этих так называемых «процессов с несколькими расширителями» является раздельное создание максимального холода (минимальной температуры хладагента) исключительно за счет физической теплоты потока газа, охлаждаемого за счет расширения с совершением работы, и независимо от этого создание преобладающей части всей необходимой холодопроизводительности на более высоком температурном уровне путем применения по меньшей мере одного дополнительного турбодетандера. Такого рода процессы расширения известны, например, из патента US 5768912, который описывает так называемый способ двойного расширения N2, а также из патента US 6412302, который описывает так называемый способ расширения N2-CH4.

Расширитель, работающий на минимальном температурном уровне, создает при этом только примерно 25%, обычно меньше 20% от общей холодопроизводительности. При этом наибольшая доля отдаваемого холода приходится на этот или, соответственно, эти горячие расширители, если применяются более двух расширителей.

Задачей настоящего изобретения является создать способ охлаждения богатой углеводородами фракции, в частности природного газа, при котором холодопроизводительность при применении двух расширителей может распределяться более равномерно, причем это отношение должно составлять предпочтительно от 40/60 до 60/40, чтобы при заданном максимальном размере расширителей повысить производственную мощность способа ожижения без использования параллельных расширителей. Кроме того, можно отказаться от использования отдельных холодильных контуров, как описано в вышеназванном патенте US 6412302, чтобы снизить капиталовложения.

Для решения этой задачи предлагается способ охлаждения богатой углеводородами фракции, в частности природного газа, с помощью контура циркуляции хладагента, при котором

a) богатая углеводородами фракция охлаждается в трех областях теплообменника с помощью хладагента контура циркуляции хладагента,

b) хладагент сжимается, и затем отводится первая часть потока, в то время как остальной поток хладагента в первой области теплообменника охлаждается с помощью самого себя до температуры, которая по меньшей мере на 3°C, предпочтительно по меньшей мере на 5°C выше критической температуры хладагента,

c) первая часть потока расширяется, совершая работу,

d) охлажденный остальной поток хладагента разделяется на вторую и третью часть потока,

e) вторая часть потока расширяется, совершая работу, при этом давление и температура выбираются таким образом, что при расширении с совершением работы не образуется жидкость,

f) третья часть потока во второй и третьей области теплообменника охлаждается с помощью расширенной с совершением работы второй части потока и с помощью себя самой настолько, что при ее последующем расширении образуется доля жидкости по меньшей мере 90 мол. % предпочтительно по меньшей мере 95 мол. %

g) третья расширенная двухфазная часть потока в третьей области теплообменника по меньшей мере частично испаряется, предпочтительно полностью испаряется,

h) к третьей части потока подмешивается расширенная с совершением работы вторая часть потока, и образованный таким образом поток хладагента дополнительно нагревается во второй области теплообменника, и

i) к нагретому потоку хладагента подмешивается расширенная с совершением работы первая часть потока, и поток хладагента перед его повторным сжатием дополнительно нагревается в первой области теплообменника.

Предлагаемый изобретением способ охлаждения богатой углеводородами фракции теперь включает в себя также один горячий, а также один холодный расширитель, в которых потоки хладагента расширяются, совершая работу. Однако холодный расширитель, в противоположность способу, относящемуся к уровню техники, уже не применяется для создания максимального холода. Это приводит к тому, что рабочая точка холодного расширителя смещается таким образом, что холодопроизводительность этих двух расширителей теперь находится в желаемом отношении от 40/60 до 60/40. Это позволяет при данном максимальном размере расширителей повышать производственную мощность установки без использования параллельных расширителей по сравнению со способом, относящимся к уровню техники.

По другому предпочтительному варианту осуществления предлагаемого изобретением способа в качестве хладагента используется смесь, которая, наряду с азотом и метаном, включает в себя по меньшей мере один дополнительный компонент из группы CO, Ar, O2, Kr, Xe, C2H4 и C2H6, при этом азот содержится в концентрации по меньшей мере 50 мол. % предпочтительно по меньшей мере 60 мол. % а метан - в концентрации по меньшей мере 10 мол. % предпочтительно по меньшей мере 20 мол. %.

Энергетически предпочтительно поддерживать как можно более высокое давление всасывания компрессора, требуемого для сжатия хладагента. Когда в расширенной с совершением работы второй части потока хладагента избегают образования жидкости и одновременно хотят получить наибольшее возможное количество жидкости в расширенной третьей части потока хладагента, получаются определенные краевые условия, которые оптимально выполняются при предложенном составе хладагента.

В качестве усовершенствованного варианта предлагаемого изобретением способа охлаждения богатой углеводородами фракции предлагается, чтобы хладагент сжимался до давления, по меньшей мере на 5 бар, предпочтительно по меньшей мере на 10 бар выше критического давления. Это осуществление способа позволяет избежать двухфазности хладагента в области высокого давления и улучшает частичную нагрузочную способность.

Предлагаемый изобретением способ охлаждения богатой углеводородами фракции, а также другие предпочтительные варианты его осуществления поясняются ниже на примере осуществления, изображенном на фиг. 1.

Подлежащая охлаждению богатая углеводородами фракция A охлаждается в теплообменниках или, соответственно, областях E1, E2 и E3 теплообменника, при этом при необходимости ожижается и переохлаждается или при давлении выше критического давления без изменения фазы преобразуется в текучую среду высокой плотности. При этом подлежащая ожижению фракция охлаждается настолько (поток B), что после расширения в клапане V2 до давления максимум 5 бар, предпочтительно максимум 1,5 бар, образуется преимущественно жидкость, причем доля жидкости составляет по меньшей мере 85 мол. % предпочтительно по меньшей мере 90 мол.%.

Холодильный контур, служащий для охлаждения богатой углеводородами фракции A, наряду с одно- или многоступенчатым компрессором C1, имеет два расширителя X1 и X2, а также редукционный клапан V1. Циркулирующий в этом холодильном контуре хладагент 1 в изображенном на фиг. 1 примере осуществления многоступенчато сжимается C1, при этом предусмотрены соответствующие промежуточные и дополнительные охладители E4 и E5. Хладагент 3, сжатый до желаемого давления контура, разделяется на первую часть 4 потока, а также остальной поток 6 хладагента. Первая часть 4 потока, совершая работу, расширяется в так называемом горячем расширителе X1 и по трубопроводу 5 подается в поток 12 хладагента, который будет описан ниже. При этом первая часть 4 потока предпочтительно расширяется до давления несколько выше давления всасывания компрессора C1. Разность давления между выходом горячего расширителя X1 и входом компрессора C1, обычно менее 1 бара, обусловливается падением давления в аппаратах и трубопроводах. Поток 6 хладагента в первой области E1 теплообменника охлаждается до температуры, которая по меньшей мере на 3°C, предпочтительно по меньшей мере на 5°C выше критической температуры хладагента.

Охлажденный таким образом поток 7 хладагента теперь разделяется на вторую часть 8 потока и третью часть 10 потока. Вторая часть потока, совершая работу, расширяется в так называемом холодном расширителе X2, при этом давление и температура выбираются таким образом, что при расширении с совершением работы не образуется жидкость. В свою очередь, расширение происходит до давления несколько выше давления всасывания компрессора C1.

Третья часть 10 потока во второй и третьей области E2 и E3 теплообменника охлаждается с помощью расширенной с совершением работы второй части 9 потока и с помощью самой себя настолько, что при последующем расширении охлажденной третьей части 11 потока в редукционном клапане V1 образуется доля жидкости по меньшей мере 90 мол. % предпочтительно по меньшей мере 95 мол.%.

Затем расширенная двухфазная часть 11 потока в третьей области E3 теплообменника по меньшей мере частично, предпочтительно полностью испаряется. На горячем конце области E3 теплообменника к ней подмешивается расширенная вторая часть 9 потока, и образованный таким образом поток хладагента дополнительно нагревается во второй области E3 теплообменника. К этому потоку 12 хладагента, наконец, подмешивается расширенная с совершением работы первая часть 5 потока, прежде чем весь поток хладагента перед его повторным сжатием C1 дополнительно нагревается в области E1 теплообменника до температуры окружающей среды.

Механическая мощность одного или двух расширителей X1 и X2 может выборочно использоваться для привода генераторов или для привода бустерных компрессоров, которые разгружают циркуляционный компрессор C1. Бустерные компрессоры могут располагаться последовательно или параллельно, а также применяться перед или после компрессора C1.

В качестве теплообменников E1, E2 и E3 пригодны все типы, которые позволяют получить противоток для теплообмена. Как изображено на фиг. 1, теплообменники (области теплообменника) E2 и E3 могут строиться в специальном исполнении, при котором пучки E2 и E3 теплообменника встраиваются в один общий напорный резервуар D, в котором по стороне кожуха нагреваются расширенные части 9 и 11 потока хладагента.

Если подлежащая охлаждению фракция газа содержит (тяжелые) компоненты, которые нежелательны в конечном продукте, охлажденная богатая углеводородами фракция B между теплообменниками (областями теплообменника) E1 и E2 может подвергаться удалению этих компонентов, например, путем осаждения или вымывания.

1. Способ охлаждения фракции, богатой углеводородами, в частности природного газа, с помощью контура циркуляции хладагента, в котором

a) богатую углеводородами фракцию (A) охлаждают в трех областях (E1, E2, E3) теплообменника с помощью хладагента циркуляционного контура хладагента,

b) хладагент сжимают (C1) и затем отводят первую часть (4) потока, в то время как остальной поток (6) хладагента в первой области (E1) теплообменника охлаждают с помощью самого себя до температуры, которая по меньшей мере на 3°C, предпочтительно по меньшей мере на 5°C выше критической температуры хладагента,

c) первую часть (4) потока расширяют (X1) с совершением работы,

d) охлажденный остальной поток (7) хладагента разделяют на вторую (8) и третью часть (10) потока,

e) вторую часть (8) потока расширяют (X2) с совершением работы, при этом давление и температуру выбирают таким образом, что при расширении (X2) с совершением работы не образуется жидкость,

f) третью часть (10) потока во второй и третьей области (E2, E3) теплообменника охлаждают с помощью расширенной с совершением работы второй части (9) потока и с помощью самой себя настолько, что при ее последующем расширении (V1) образуется доля жидкости по меньшей мере 90 мол.%, предпочтительно по меньшей мере 95 мол.%,

g) третью расширенную двухфазную часть (11) потока в третьей области (E3) теплообменника по меньшей мере частично испаряют, предпочтительно полностью испаряют,

h) к третьей части потока подмешивают расширенную с совершением работы вторую часть (9) потока, и образованный таким образом поток хладагента дополнительно нагревают во второй области (E2) теплообменника, и

i) к нагретому потоку (12) хладагента подмешивают расширенную с совершением работы первую часть (5) потока, и

поток хладагента перед его повторным сжатием (V1) дополнительно нагревают в первой области (E1) теплообменника.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве хладагента используют смесь, которая, наряду с азотом и метаном, включает в себя по меньшей мере один дополнительный компонент из группы CO, Ar, O2, Kr, Xe, C2H4 и C2H6, при этом азот содержится в концентрации по меньшей мере 50 мол.%, предпочтительно по меньшей мере 60 мол.%, а метан - в концентрации по меньшей мере 10 мол.%, предпочтительно по меньшей мере 20 мол.%.

3. Способ по п. 1 или 2, отличающийся тем, что хладагент (1) сжимают (C1) до давления, по меньшей мере на 5 бар, предпочтительно по меньшей мере на 10 бар выше критического давления.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к разработке глубоководных морских месторождений природного газа, в частности арктического Штокмановского газоконденсатного месторождения.

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для получения сжиженного природного газа на газораспределительных станциях. Установка включает линию газа высокого давления, включающую блок осушки и разделяющуюся на линию продукционного газа и линию технологического газа.

Предложен способ определения состава смешанного хладагента. При создании модели создается имитационная модель на основе рабочих параметров, полученных от устройства для сжижения природного газа, с определением условий подачи природного газа для получения сжиженного природного газа, охлажденного до заданной температуры, из устройства для сжижения природного газа.

Система производства сжиженного природного газа содержит теплообменник, выполненный с возможностью осуществления теплообмена между потоком хладагента и потоком природного газа, для испарения потока хладагента конденсации потока природного газа; компрессор природного газа, охладитель природного газа для охлаждения потока сжатого природного газа до температуры, близкой к температуре окружающей среды, и расширитель природного газа для расширения природного газа после охлаждения.

Изобретение относится к способу получения сжатой и, по меньшей мере, частично сконденсированной смеси углеводородов. Способ включает: обеспечение смеси углеводородов в паровой фазе и пропускание указанной смеси углеводородов через входной газоочиститель, содержащий входную ёмкость, посредством которой из входного газоочистителя отводятся пары углеводородов; транспортирование паров, поступающих из входного газоочистителя, через приемный газоочиститель компрессора, содержащий всасывающую ёмкость, посредством которой из приемного газоочистителя компрессора отводят поток паров, поступающих в компрессор; cжатие поступающего в компрессор парообразного потока в агрегате, образованном из одного или большего числа компрессоров, с получением более высокого давления и образованием при этом сжатого парообразного выходящего потока; уменьшение перегрева сжатого парообразного выходящего потока в системе для уменьшения перегрева, содержащей теплообменник-пароохладитель, включающее приведение, по меньшей мере, части сжатого парообразного выходящего потока в косвенный контакт с теплообменом с потоком из окружающей среды в теплообменнике- пароохладителе, что позволяет передавать теплоту от сжатого парообразного выходящего потока потоку из окружающей среды с получением в результате из сжатого парообразного выходящего потока охлажденного потока перегретых паров углеводородов, причем система для уменьшения перегрева снабжена регулятором температуры, который функционально связан с клапаном регулирования температуры для изменения степени открытия клапана в зависимости от температуры потока перегретых паров углеводородов; транспортирование, по меньшей мере, части охлажденного потока перегретых паров углеводородов из системы уменьшения перегрева в конденсатор через выходной трубопровод пароохладителя и дополнительное охлаждение части охлажденного перегретого потока углеводородов в указанном конденсаторе с помощью косвенного теплообмена указанной части охлажденного перегретого потока углеводородов с охлаждающим потоком, при этом указанную часть охлажденного перегретого потока углеводородов, по меньшей мере, частично конденсируют с образованием сжатой и, по меньшей мере, частично сконденсированной смеси углеводородов; отделение от охлажденного перегретого потока углеводородов, проходящего через выходной трубопровод пароохладителя, рециркуляционной части с образованием рециркуляционного потока с определенным расходом на рециркуляцию, поступающего из выходного трубопровода пароохладителя в агрегат, состоящий из одного или большего количества компрессоров, через барабан-сепаратор для противопомпажной рециркуляции, клапан противопомпажной рециркуляции и приемный газоочиститель компрессора, при этом расход на рециркуляцию регулируется с помощью клапана противопомпажной рециркуляции, и извлечение жидких компонентов из рециркуляционной части охлажденного перегретого потока углеводородов и отвод через выпускной патрубок для жидкости, имеющийся в барабане-сепараторе противопомпажной рециркуляции; подачу жидких компонентов, отведенных из рециркуляционной части охлажденного потока перегретых паров углеводородов, во входной газоочиститель.

Изобретение относится к технологии сжижения природного газа и может быть использовано в газовой промышленности. Установка для сжижения природного газа включает трубопровод подачи газа в компрессорную станцию, выход газа из которой соединен с охладителем и далее с криогенным теплообменником, имеющим по меньшей мере три последовательно расположенные секции охлаждения.

Предложен способ сжижения потока углеводородов из сырьевого потока (1). Пропускают сырьевой газ (1) через теплообменник (2), чтобы обеспечить получение, по меньшей мере, частично сжиженного углеводородного потока, имеющего температуру ниже -140°C.

Изобретение относится к обработке природных газов. Станция для снижения давления газа и для сжижения природного газа содержит турбодетандер (12), устройство для утилизации механической работы, произведенной в процессе снижения давления газа, систему охлаждения, содержащую устройства для сжатия (С1, С2, С3), устройство для конденсации (14) сжижаемого газа, снабженное ответвлением трубопровода (09) вниз по потоку от турбодетандера (12), устройство для утилизации тепла (Q), производимого устройствами для сжатия (С1, С2, С3; С) системы охлаждения, которые связаны с устройствами (10; 40; 110) для нагрева газа выше по потоку от турбодетандера (12).

Изобретение относится к способу утилизации попутного газа, образующегося при морской добыче нефти. Технический результат - исключение выбросов попутного газа в атмосферу в виде продуктов его сжигания и снижение затрат на утилизацию по сравнению с существующими методами.

Изобретение относится к технологиям производства сжиженного природного газа (СПГ). Способ производства СПГ включает разделение потока природного газа на технологический и продукционный потоки, расширение технологического потока газа и возвращение его обратным потоком с охлаждением продукционного потока газа, дросселирование продукционного потока газа после его охлаждения, разделение полученной парожидкостной смеси на паровую и жидкостную фазы с последующим направлением в обратный поток несконденсировавшегося природного газа.

Изобретение относится к криогенной технике и может быть применено для сжижения природного газа на газораспределительных станциях. Установка сжижения природного газа включает линию газа высокого давления с блоком осушки, разделяющуюся на линию продукционного газа и линию технологического газа с предварительным теплообменником и детандером. Линия продукционного потока оснащена компрессором, связанным с детандером, блоком очистки, основным теплообменником, редуцирующим устройством и сепаратором. После компрессора установлены теплообменник "сжатый продукционный газ/обратный газ", теплообменник "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" и/или холодильник, блок очистки и теплообменник "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ". Линия обратного газа соединена с линией редуцированного технологического газа, образуя линию газа низкого давления, а также соединена с блоками очистки и осушки, которые соединены линиями подачи газов регенерации с линией редуцированного технологического газа. На линии вывода СПГ установлено второе редуцирующее устройство и второй сепаратор, оснащенный линиями вывода СПГ потребителю и подачи газа сепарации в линию редуцированного технологического газа со вторым компрессором. Технический результат - увеличение выхода сжиженного природного газа. 1 ил.

Изобретение относится к криогенной технике и может быть применено для сжижения природного газа на газораспределительных станциях. Установка по сжижению природного газа включает блок осушки, линию газа высокого давления с блоком осушки, разделяющуюся на линию продукционного газа и линию технологического газа с предварительным теплообменником и детандером. Линия продукционного потока оснащена компрессором, связанным с детандером, а также блоком очистки, основным теплообменником, редуцирующим устройством и сепаратором с линиями подачи обратного газа и вывода СПГ. На линии продукционного газа после компрессора установлены теплообменник "сжатый продукционный газ/обратный газ", а также теплообменник "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" и/или холодильник, после которого размещены блок очистки и теплообменник "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ". Линия обратного газа после основного теплообменника соединена с линией редуцированного технологического газа, а также соединена с блоками очистки и осушки, которые соединены линиями подачи газов регенерации с линией редуцированного технологического газа после предварительного теплообменника, образуя линию подачи газа низкого давления. Технический результат - увеличение выхода сжиженного природного газа. 1 ил.

Изобретение относится к способам охлаждения и сжижения природного газа. Богатую углеводородами фракцию охлаждают в трех областях теплообменника с помощью хладагента. Хладагент сжимают и затем отводят первую часть потока, которую расширяют с совершением работы. Остальной поток хладагента охлаждают в теплообменнике с помощью самого себя до температуры выше критической температуры хладагента и разделяют на вторую и третью часть потока. Вторую часть потока расширяют с совершением работы, при этом давление и температуру выбирают таким образом, что при расширении не образуется жидкость. Третью часть потока охлаждают с помощью расширенной второй части потока и с помощью самой себя настолько, что при ее последующем расширении образуется доля жидкости по меньшей мере 90 мол.. Третью расширенную двухфазную часть потока испаряют в теплообменнике и подмешивают к ней вторую часть потока. Образованный таким образом поток хладагента нагревают в теплообменнике и подмешивают к нему расширенную с совершением работы первую часть потока. Поток хладагента перед сжатием нагревают в теплообменнике. Техническим результатом является обеспечение отношения холодопроизводительности двух расширителей в диапазоне от 4060 до 6040. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Наверх