Способ и установка сжижения природного газа

Изобретение относится к способу сжижения потока природного газа посредством замкнутого цикла охлаждения и установке для его осуществления. Текучий хладагент сжимают в первом средстве сжатия, охлаждают, снижают давление, после чего повторно нагревают в основном теплообменнике посредством теплообмена между потоком подлежащего сжижению природного газа и текучим хладагентом. Сжимают поступающий поток природного газа во втором средстве сжатия и подают в основной теплообменник для его конденсации. Второе средство сжатия приводится в действие тем же приводным механизмом, что и первое средство сжатия. Средства сжатия приводят в действие с разной скоростью. Техническим результатом является уменьшение габаритов. 2 н. и 7 з.п. ф-лы.

 

Предметом изобретения является способ и установка сжижения природного газа.

Средства сжижения природного газа, большей частью, основываются на циклах сжатия/расширения с одновременным теплообменом с текучей средой, называемой хладагентом. Эта текучая среда может быть образована из химически идентичных молекул или из сочетания молекул, подобранного с целью достижения большей интенсивности охлаждения при требуемой температуре.

В прошлом эти способы создавались для сжижения газа, поступающего из подземных месторождений, давление в которых в сотни раз и даже больше превосходит атмосферное давление. Таким образом, сжижение природного газа происходило при высоком давлении, что делает процесс сжижения эффективным. Так, для сжижения природного газа при 40 бар требуется, примерно, на 30% меньше энергии, чем для сжижения при 30 бар.

В документе US3874185 описана установка сжижения природного газа одним составным хладагентом. В документе US3780535 описана установка сжижения природного газа множеством составных хладагентов.

На сегодняшний день, сжиженный природный газ (СПГ) считается одним из наиболее зрелых с точки зрения производства источников преобразуемой энергии, так как со второй половины двадцатого века способы его производства постоянно улучшаются.

Изначально транспортировка СПГ развивалась как замена трубопроводной транспортировке природного газа, направленная на предоставление большей гибкости в отношении источников снабжения и снижение стоимости транспортировки на дальние расстояния. СПГ доставлялся в терминалы танкерами.

В настоящее время СПГ после поступления в терминал не только испаряют для подачи посредством сетей газоснабжения в домашние хозяйства, но и используют в качестве топлива для грузового транспорта. С этой целью необходимо сооружение небольших установок (установок, годовое производство СПГ на которых меньше пятисот тысяч тонн) сжижения природного газа, призванных уменьшить отдаленность источников, являющуюся помехой развитию этого вида топлива. Действительно, поскольку СПГ является криогенной жидкостью, часть ее испаряется во время транспортировки к месту использования, что вызывает необходимость сокращения расстояний.

Следовательно, такие небольшие установки должны располагаться согласно ранее существовавшим сетям природного газа, давление которых может быть достаточно низким (менее 30 бар) для того, чтобы добавление компрессора природного газа было экономически оправданным с точки зрения уменьшения энергии, потраченной на его сжижение. Такое избыточное давление, благодаря снижению объемного расхода, также позволяет уменьшить размер оборудования и, следовательно, уменьшить стоимость установки.

Одной из задач, на решение которых направлено изобретение, является обеспечение способа и установки сжижения природного газа, позволяющих усовершенствовать существующие подходы к преодолению ранее выявленных недостатков.

Таким образом, авторами настоящего изобретения разработан способ, позволяющий решить проблемы, поставленные выше.

Предметом настоящего изобретения является способ сжижения потока природного газа посредством замкнутого цикла охлаждения, в котором текучий хладагент сжимают в первом средстве сжатия, охлаждают, снижают давление, после чего повторно нагревают в основном теплообменнике посредством теплообмена между указанным потоком подлежащего сжижению природного газа и указанным текучим хладагентом, включающий стадии, на которых:

- стадия а: сжимают поступающий поток природного газа во втором средства сжатия;

- стадия b: подают поток, выходящий со стадии а, в указанный основной теплообменник с целью его конденсации;

отличающийся тем, что указанное второе средство сжатия приводится в действие тем же приводным механизмом, что и указанное первое средство сжатия.

Такая взаимная увязка приводов компрессоров позволяет снизить расходы за счет наличия только одной системы привода. Она также позволяет уменьшить занимаемую оборудованием площадь.

Предметом настоящего изобретения также является:

- Способ, как описано выше, отличающийся тем, что установку предварительной обработки используют по потоку до стадии а или между стадией а и стадией b.

- Способ, как описано выше, отличающийся тем, что указанный приводной механизм выбран из газовой турбины, электродвигателя, паровой турбины или газового двигателя.

- Способ, как описано выше, отличающийся тем, что указанные средства сжатия приводят в действие с разной скоростью.

- Способ, как описано выше, отличающийся тем, что указанный текучий хладагент представляет собой смесь, по меньшей мере, двух охлаждающих газов, выбранных из азота, метана, этана и/или этилена и/или пропана и/или пропилена и/или изобутана и/или н-бутана и/или изопентана.

- Способ, как описано выше, отличающийся тем, что газ утечки через уплотнения каждого из двух средств сжатия, собирают и рециркулируют на вход средства сжатия текучего хладагента.

- Способ, как описано выше, отличающийся тем, что примеси, содержащиеся в природном газе утечки, такие как диоксид углерода, вода и тяжелые углеводороды, отделяют путем адсорбции до рециркуляции газа утечки на вход средства сжатия текучего хладагента.

- Способ, как описано выше, отличающийся тем, что один смазочный контур обеспечивает смазку средства сжатия текучего хладагента, а другой смазочный контур обеспечивает смазку средства сжатия природного газа, при этом, средства спарены.

Предметом настоящего изобретения также является:

Установка сжижения природного газа, включающая:

- Основной теплообменник;

- Систему охлаждения включающую, первое средство сжатия текучего хладагента, средство охлаждения текучего хладагента, средство расширения текучего хладагента;

- Второе средство сжатия природного газа;

отличающаяся тем, что указанное второе средство сжатия приводится в действие тем же приводным механизмом, что и первое средство сжатия.

Установка, как описано выше, включающая, кроме того, коробку скоростей, позволяющую согласовывать скорость вращения двух средств сжатия.

Средство сжатия представляет собой, обычно, компрессор. В компрессоре имеются рабочие колеса, соединенные между собой зубчатыми колесами, размещенными на подшипниках, находящихся на разных уровнях.

В средствах сжатия, применяемых в контексте настоящего изобретения, горячее смазочное масло подают насосом из резервуара смазочного масла (емкости в форме параллелепипеда), затем, перед подачей на уровень подшипников указанного компрессора его охлаждают. Таким образом, масло одновременно обеспечивает смазку и отведение тепла, выделившегося в результате вращения зубчатых колес. Подшипники также находятся на уровне двигателя компрессора. Снова нагретое таким образом масло возвращают в резервуар смазочного масла. Основной насос контура смазки обычно соединен с основным валом компрессора. Следовательно, он сразу же приводится в действие по включении установки. Тем не менее, для создания давления в контуре перед пуском может быть применен вспомогательный насос. Соединение этих двух средств позволяет также объединить контуры смазки и, следовательно, получить выигрыш не только в стоимости, но и в эффективности, так как обычно, чем больше производительность насоса, тем выше его коэффициент полезного действия.

Обычно, поток природного газа состоит, по существу, из метана. Предпочтительно, поступающий поток содержит, по меньшей мере, 80% мол. метана. В зависимости от источника, природный газ содержит некоторое количество более тяжелых, чем метан, углеводородов, таких как, например, этан, пропан, бутан и пентан, а также некоторые ароматические соединения. Поток природного газа также содержит не являющиеся углеводородами вещества, такие как H2O, CO2, H2S и другие соединения серы, ртути и т.п. Именно эти не являющиеся углеводородами вещества извлекают из потока подлежащего сжижению природного газа во время прохождения этого потока через установку предварительной обработки. Указанный поток природного газа, прошедший предварительную обработку в установке предварительной обработки, представляет собой поток предварительно обработанного газа, состоящий, преимущественно, из метана, в котором содержание соединений, потенциально отверждающихся в процессе сжижения, уменьшено до уровня менее 50 частей на миллион.

Установка предварительной обработки включает, например, два модуля:

- Модуль, обеспечивающий извлечение СО2 и H2S, включает абсорбционную колонну, в которую подают поток природного газа и в противотоке промывают жидким раствором аминов и воды. Молекулы амина, содержащиеся в растворе, абсорбируют молекулы диоксида углерода. Из верха колонны поток природного газа, обедненный диоксидом углерода, направляют в установку адсорбции. В кубе колонны поток амина, обогащенного СО2 и H2S, подогревают и направляют в колонну регенерации амина, в которой амин выпаривают, при этом, десорбируются диоксид углерода и H2S. Из верха колонны поток, обогащенный СО2 и H2S, выпускают в атмосферу. Регенерированный амин из куба колонны охлаждают и подают насосом в верхнюю часть колонны абсорбции.

- Модуль, обеспечивающий извлечение воды, в котором имеется, по меньшей мере, два бака с адсорбентом, функционирующих в циклическом режиме. В одном осуществляют адсорбцию воды, присутствующей в природном газе. Во втором осуществляют стадию регенерации, включающую, как минимум, одну фазу нагревания, в ходе которой используют часть потока осушенного природного газа, нагретого с целью подвода энергии, необходимой для десорбции воды, и фазу охлаждения, на которой поток осушенного природного газа используют для охлаждения регенерированного адсорбента. Когда регенерированный бак охлажден, стадии цикла переключают.

Выражение «природный газ», использованное в настоящей заявке, относится к любой композиции, содержащей углеводороды, включающие, по меньшей мере, метан. Оно охватывает необработанные композиции (до какой-либо обработки или промывки), а также композиции, частично, по существу или полностью прошедшие обработку, направленную на уменьшение содержания и/или удаление одного или нескольких соединений, в том числе, помимо прочего, серы, диоксида углерода, воды, ртути и некоторых тяжелых и ароматических углеводородов.

Теплообменник может представлять собой любой теплообменник, любую установку или средство, пригодные для прохождения определенного потока и обеспечения теплообмена, прямого или косвенного, между одной или несколькими линиями текучего хладагента и одним или несколькими подаваемыми потоками.

Под циклом охлаждения понимается система, как правило, замкнутого контура, в которой рабочую среду сжимают, охлаждают, расширяют и нагревают, отводя тепло вовне процесса. Существует два принципиальных типа цикла: обратный цикл Ренкина и обратный цикл Брайтона.

Преимущественно, благодаря настоящему изобретению возможно также объединение смазочных консолей, предназначенных для смазки подшипников компрессоров. Дополнительным преимуществом в случае цикла охлаждения смесью хладагентов (азота и неразветвленных или мононенасыщенных, не содержащих более пяти атомов углерода углеводородов) является рециркуляция природного газа утечки через уплотнения компрессора природного газа в компрессор охлаждения, где он используется в качестве дополнительного метана в цикле охлаждения. Рециркулируемый таким образом природный газ содержит немного воды и СО2, присутствующих в трубопроводном газе. Эти соединения при низкой температуре могут замерзать, и предпочтительно удалять их при помощи адсорбента.

1. Способ сжижения потока природного газа посредством замкнутого цикла охлаждения, в котором текучий хладагент сжимают в первом средстве сжатия, охлаждают, снижают давление, после чего повторно нагревают в основном теплообменнике посредством теплообмена между потоком подлежащего сжижению природного газа и текучим хладагентом, включающий стадии:

- стадия а: сжимают поступающий поток природного газа во втором средстве сжатия;

- стадия b: подают поток, выходящий со стадии а, в основной теплообменник для его конденсации, причем

второе средство сжатия приводится в действие тем же приводным механизмом, что и первое средство сжатия,

при этом средства сжатия приводят в действие с разной скоростью.

2. Способ по предшествующему пункту, отличающийся тем, что выше по потоку от стадии а или между стадией а и стадией b используют установку предварительной обработки.

3. Способ по предшествующему пункту, отличающийся тем, что приводной механизм выбран из газовой турбины, электродвигателя, паровой турбины или газового двигателя.

4. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что текучий хладагент представляет собой смесь по меньшей мере двух охлаждающих газов, выбранных из азота, метана, этана, и/или этилена, и/или пропана, и/или пропилена, и/или изобутана, и/или н-бутана, и/или изопентана.

5. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что газ утечки через уплотнения каждого из двух средств сжатия собирают и рециркулируют на вход средства сжатия текучего хладагента.

6. Способ по предшествующему пункту, отличающийся тем, что примеси, содержащиеся в природном газе утечки, такие как диоксид углерода, вода и тяжелые углеводороды, отделяют путем адсорбции до рециркуляции газа утечки на вход средства сжатия текучего хладагента.

7. Способ по одному из предшествующих пунктов, отличающийся тем, что один смазочный контур обеспечивает смазку средства сжатия текучего хладагента, а другой смазочный контур обеспечивает смазку средства сжатия природного газа, при этом указанные средства соединены.

8. Установка сжижения природного газа для осуществления способа по п.1, включающая:

- основной теплообменник;

- систему охлаждения, включающую первое средство сжатия текучего хладагента, средство охлаждения текучего хладагента, средство снижения давления текучего хладагента;

- второе средство сжатия природного газа, причем

второе средство сжатия выполнено с возможностью приведения в действие тем же приводным механизмом, что и первое средство сжатия, при этом средства сжатия выполнены с возможностью приведения в действие с разной скоростью.

9. Установка по предшествующему пункту, дополнительно включающая коробку скоростей, позволяющую согласовывать скорость вращения двух средств сжатия.



 

Похожие патенты:

Предложены способы и системы для удаления азота из углеводородосодержащего газа. Восстановление метана из углеводородосодержащего газа осуществляют с использованием системы хладагента.

Изобретение относится к сжижению богатой углеводородами фракции. Богатую углеводородами фракцию предварительно охлаждают и подвергают обработке для отделения воды и последующему процессу сушки перед сжижением.

Способ сжижения сырьевого потока природного газа и удаления азота из него включает в себя пропускание сырьевого потока природного газа через главный теплообменник с образованием первого потока СПГ и разделение сжиженного или частично сжиженного потока природного газа в дистилляционной колонне с образованием обогащенного азотом парообразного продукта.

Изобретение относится к низкотемпературному разделению воздуха. Установка разделения воздуха содержит основной воздушный компрессор, основной теплообменник (8) и систему дистилляционных колонн с колоннами высокого и низкого давления.

Изобретение относится к сжижению богатой углеводородами фракции. Богатую углеводородами фракцию предварительно охлаждают и подвергают обработке для отделения воды и последующему процессу сушки перед сжижением.

Технологическая установка (1) для производства сжиженного газа содержит теплообменник (2), первый и второй компрессоры (4, 5), первый всасывающий трубопровод (25), соединенный только с возможностью передачи текучей среды с первым компрессором (4) и связанный с теплообменником (2), второй всасывающий трубопровод (26), соединенный только с возможностью передачи текучей среды со вторым компрессором (5) и связанный с теплообменником (2), первую приемную емкость (6), расположенную между первым компрессором (4) и первым участком (8) первого всасывающего трубопровода (25), и вторую приемную емкость (7), расположенную между вторым компрессором (5) и первым участком (9) второго всасывающего трубопровода (26).

Технологическая установка (1) для производства сжиженного газа содержит теплообменник (2), первый и второй компрессоры (4, 5), первый всасывающий трубопровод (25), соединенный только с возможностью передачи текучей среды с первым компрессором (4) и связанный с теплообменником (2), второй всасывающий трубопровод (26), соединенный только с возможностью передачи текучей среды со вторым компрессором (5) и связанный с теплообменником (2), первую приемную емкость (6), расположенную между первым компрессором (4) и первым участком (8) первого всасывающего трубопровода (25), и вторую приемную емкость (7), расположенную между вторым компрессором (5) и первым участком (9) второго всасывающего трубопровода (26).

Изобретение относится к переработке углеводородных газов. Сжатый парообразный выходящий поток подвергают уменьшению перегрева в системе пароохладителя.

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.

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).

Описан способ сжижения обогащенной углеводородом фракции, в частности природного газа, за счет косвенного теплообмена с холодильной смесью контура циркуляции холодильной смеси.

Изобретение относится к области сжижения газов и может быть использовано при переработке природного газа на газораспределительной станции (ГРС). Отбираемый из магистрального газопровода природный газ, осушенный и очищенный от примесей, разделяют на три потока, которые одновременно направляют: первый поток как продукционный - на сжижение, второй и третий как вспомогательные - на обеспечение электроэнергией и хладагентами агрегатов прохождения продукционного потока.

Изобретение относится к технологии сжижения природного газа. Способ сжижения природного газа заключается в том, что подготовленный природный газ предварительно охлаждают, отделяют этан, переохлаждают сжижаемый газ с использованием охлажденного азота в качестве хладагента, снижают давление сжижаемого газа, отделяют несжиженный газ и отводят сжиженный природный газ.

Изобретение относится к области получения гелия из природного газа. Установка извлечения 3Не из товарного жидкого гелия содержит внешний ожижитель гелия, блок ректификации, включающий ректификационную колонну с конденсаторами, трубопроводы, соединяющие ожижитель гелия и блок ректификации, и один или более отводящих тепло от конденсаторов рефрижераторов с избыточным обратным потоком, создаваемым за счет добавления жидкого гелия из внешнего ожижителя.

Изобретение может быть использовано в области нефтехимии. Способ резервного энергообеспечения комплекса по производству сжиженного природного газа заключается в том, что при снижении количества исходного природного газа, поступающего на питание электростанции собственных нужд, ниже допустимого значения, питание электростанции собственных нужд осуществляют посредством сжиженного природного газа, откачиваемого из емкости для его хранения, который предварительно подвергают испарению.

Изобретение относится к сжижению природного газа на газораспределительной станции. Комплекс сжижения природного газа содержит блоки сжижения, блок энергообеспечения, блоки турбодетандер-электрогенераторов, дожимной компрессор, детандер-электрогенератор и блок хранения.

Настоящее изобретение относится к способу и устройству охлаждения криогенного теплообменника, предназначенного для сжижения потока углеводородов, такого как поток природного газа.

Изобретение относится к регулированию состава хладагента в цикле предварительного смешанного хладагента при производстве сжиженного природного газа (СПГ). Способ регулирования состава хладагента характеризуется тем, что регулирование осуществляют с учетом температур, полученных из прогноза погоды.

Изобретение относится к сжижению богатой углеводородами фракции. Богатую углеводородами фракцию предварительно охлаждают и подвергают обработке для отделения воды и последующему процессу сушки перед сжижением.

Изобретение описывает способ получения клатратных гидратов, включающий формирование порошкообразной дисперсии путем смешивания дисперсного гидрофобного порошкообразного диоксида кремния и воды, охлаждение полученной порошкообразной дисперсии до температуры в диапазоне от минус 200°С до минус 10°С, смешивание льдосодержащей дисперсии со стабилизирующим агентом при атмосферном давлении и температуре ниже точки плавления льда, выдерживание полученной смеси в атмосфере газа-гидратообразователя при температуре выше точки плавления льда в диапазоне от 0 до плюс 10°С и при давлении, превышающем равновесное давление гидратообразования, с получением дисперсии газового гидрата, последующее охлаждение ее до температур минус 80°С - минус 1°С и сброс давления до атмосферного.

Изобретение относится к способу сжижения потока природного газа посредством замкнутого цикла охлаждения и установке для его осуществления. Текучий хладагент сжимают в первом средстве сжатия, охлаждают, снижают давление, после чего повторно нагревают в основном теплообменнике посредством теплообмена между потоком подлежащего сжижению природного газа и текучим хладагентом. Сжимают поступающий поток природного газа во втором средстве сжатия и подают в основной теплообменник для его конденсации. Второе средство сжатия приводится в действие тем же приводным механизмом, что и первое средство сжатия. Средства сжатия приводят в действие с разной скоростью. Техническим результатом является уменьшение габаритов. 2 н. и 7 з.п. ф-лы.

Наверх