Установка для получения сжиженного природного газа и способ ее работы

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для получения сжиженного природного газа (СПГ) за счет использования перепада давления между магистральным и распределительным трубопроводами. Заявленная группа изобретений включает установку для получения сжиженного природного газа и способ работы установки. Причем установка для получения сжиженного природного газа включает блоки осушки и очистки газа, теплообменник, сепаратор, а также детандер и компрессор, соединенные между собой, при этом на линии продукционного газа последовательно расположены компрессор, холодильник, первая секция теплообменника, блок очистки, вторая секция теплообменника, редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией подачи обратного газа в линию технологического газа после детандера, которые образуют линию газа низкого давления, на которой расположен теплообменник. Техническим результатом является упрощение установки и увеличение выхода СПГ. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

 

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

Известен способ производства сжиженного природного газа и комплекс для его реализации [RU 2541360, опубл. 10.02.2015 г., МПК F25J 1/00], который включает входную линию природного газа с фильтром-пылеуловителем, счетчиком газа, блоком осушки и фильтром, линию для утилизации тепла с теплообменником и регулятором давления, струйный компрессор, счетчик газа на выходе, блок очистки газа с фильтром, а также предварительный теплообменник, детандер-компрессорный агрегат со вспомогательными системами, основной теплообменник, дроссель, сепаратор и хранилище СПГ с криогенным насосом.

Недостатками известного комплекса является низкий выход СПГ из-за нерационального расходования энергии редуцирования технологического потока газа.

Наиболее близки к предлагаемому изобретению 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, второй детандер, компрессор, и сепаратор.

При работе установки природный газ высокого давления осушают и разделяют на продукционный и технологический, последний охлаждают в предварительном теплообменнике, редуцируют с помощью детандера, нагревают в теплообменнике "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" и смешивают с обратным газом, подаваемым из сепаратора после нагрева в основном теплообменнике, с получением газа низкого давления, который выводят после нагрева в предварительном теплообменнике и теплообменнике "сжатый продукционный газ/газ низкого давления". Продукционный газ сжимают, охлаждают в теплообменнике "сжатый продукционный газ/газ низкого давления", очищают в блоке очистки, затем охлаждают в теплообменнике "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" и основном теплообменнике, редуцируют и разделяют в сепараторе на обратный газ и СПГ. При этом детандер(ы) и компрессор соединены посредством электрической или кинематической связи.

Недостатком данной установки и способа является сложность и низкий выход СПГ.

Задачей изобретения является упрощение установки и увеличение выхода СПГ.

Техническим результатом является упрощение установки за счет расположения предварительного теплообменника после детандера, замены теплообменника "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" на холодильник и исключения основного теплообменника и теплообменника "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ". Увеличение выхода СПГ достигается при этом за счет снижения температуры редуцированного продукционного газа благодаря оптимизации теплообмена.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке, включающей блоки осушки и очистки газа, теплообменник, сепаратор, а также детандер и компрессор, соединенные между собой, особенность заключается в том, что на линии продукционного газа последовательно расположены компрессор, холодильник, первая секция теплообменника, блок очистки, вторая секция теплообменника, редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией подачи обратного газа в линию технологического газа после детандера, которые образуют линию газа низкого давления, на которой расположен теплообменник.

Технический результат достигается также тем, что в известном способе, включающем осушку и разделение газа на технологический газ и продукционный газ, который сжимают, охлаждают, очищают, доохлаждают, редуцируют и разделяют в сепараторе на СПГ и обратный газ, при этом технологический газ редуцируют в детандере и смешивают с обратным газом с получением газа низкого давления, который выводят после нагрева в теплообменнике, кроме того, компрессор приводится в движение за счет энергии, получаемой при редуцировании газа в детандере, особенность заключается в том, что сжатый продукционный газ охлаждают в холодильнике и первой секции теплообменника, очищают, а доохлаждают во второй секции теплообменника.

В качестве редуцирующих устройств могут быть установлены редуцирующие вентили, газодинамические устройства или детандеры. 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. Блок очистки может быть выполнен, например, в виде узла адсорбционной очистки от углекислого газа. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Предотвращение отложения твердого углекислого газа в линии редуцированного технологического газа достигается, например, за счет высокой скорости и/или турбулизации потока газа, а в теплообменнике - за счет его исполнения в виде многосекционного аппарата с возможностью периодического отключения секций для их прогрева. В качестве продувочного газа для адсорбционной очистки может быть использована часть очищенного продукционного газа, а газ регенерации может быть направлен в линию газа низкого давления. При необходимости отгрузки СПГ при более низком давлении, чем давление его хранения, СПГ редуцируют и сепарируют, направляя полученный СПГ низкого давления на отгрузку, а газ сепарации после сжатия - в линию обратного газа. При необходимости повышения выхода СПГ привод компрессора подпитывают дополнительным количеством энергии.

Предложенная схема охлаждения сжатого продукционного газа в холодильнике и теплообменнике позволяет вывести из установки тепло, выделившееся при сжатии продукционного газа, понизить его температуру и увеличить выход СПГ. А исключение основного теплообменника и теплообменника "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" упрощает установку.

Установка включает блоки осушки 1 и очистки 2, теплообменник 3, холодильник 4, детандер 5, редуцирующее устройство 6 (условно показан детандер), компрессор 7 и сепаратор 8. Пунктиром показано оборудование узла отгрузки: редуцирующее устройство 9, сепаратор 10 и компрессор 11.

При работе установки (фиг. 1) газ высокого давления подают по линии 12 для осушки в блок 1 и разделяют на продукционный газ и технологический газ, который направляют по линии 13 для редуцирования в детандер 5, смешивают обратным газом, подаваемым по линии 14, полученный газ низкого давления нагревают в теплообменнике 3 и выводят по линии 15. Продукционный газ подают по линии 16 для сжатия в компрессор 7, охлаждают в холодильнике 4 и первой секции теплообменника 3, очищают от углекислоты в блоке 2, охлаждают во второй секции теплообменника 3, редуцируют с помощью устройства 6 и разделяют в сепараторе 8 на СПГ, выводимый по линии 17, и обратный газ, который по линии 14 подают в линию 13. Пунктиром показана подача продувочного газа в блок 2 по линии 18 из линии 16, подача газа регенерации из блока 2 по линии 19 в линию 15, подача дополнительного количества энергии в компрессор 7 по линии 20, а также снижение давления СПГ путем редуцирования с помощью устройства 9, и разделения в сепараторе 10 на СПГ низкого давления, выводимый по линии 21, и газ сепарации, который сжимают компрессором 12 и подают по линии 22 в линию 14. Соединение детандера 5 и, возможно, 6 с компрессором 7 показано штрих-пунктиром.

Работоспособность предлагаемой установки и способа ее работы подтверждается следующим примером: 10000 нм³/час природного газа состава (% об.): метан 96,64, этан 1,79, пропан 0,55, бутаны и высшие углеводороды 0,22, азот 0,67, углекислый газ остальное, при давлении 2,5 МПа и 20°С подают на вход установки и получают 1219 кг (16,4% масс.) СПГ и 8519 нм³/час газа с давлением 0,6 МПа. В аналогичных условиях в способе по прототипу получено 10,0% масс. СПГ.

Таким образом, предлагаемая установка проще, а способ ее работы позволяет увеличить выход СПГ, что показывает целесообразность их применения в промышленности.

1. Установка для получения сжиженного природного газа, включающая блоки осушки и очистки газа, теплообменник, сепаратор, а также детандер и компрессор, соединенные между собой, отличающаяся тем, что на линии продукционного газа последовательно расположены компрессор, холодильник, первая секция теплообменника, блок очистки, вторая секция теплообменника, редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией подачи обратного газа в линию технологического газа после детандера, которые образуют линию газа низкого давления, на которой расположен теплообменник.

2. Способ работы установки по п. 1, включающий осушку и разделение газа на технологический газ и продукционный газ, который сжимают, охлаждают, очищают, доохлаждают, редуцируют и разделяют в сепараторе на СПГ и обратный газ, при этом технологический газ редуцируют в детандере и смешивают с обратным газом с получением газа низкого давления, который выводят после нагрева в теплообменнике, кроме того, компрессор приводится в движение за счет энергии, получаемой при редуцировании газа в детандере, отличающийся тем, что сжатый продукционный газ охлаждают в холодильнике и в первой секции теплообменника, очищают, а доохлаждают во второй секции теплообменника.