Способ сжижения природного газа "полярная звезда" и установка для его осуществления
Изобретение относится к технологиям сжижения природного газа. Установка содержит линию предварительного охлаждения природного газа, контур хладагента, средства сжижения, переохлаждения и сепарирования сжижаемого газа и линию возврата газа. Линия предварительного охлаждения включает последовательно соединенные компрессор 1, аппарат 2 охлаждения и испарители 3 хладагента. Средства сжижения, переохлаждения и сепарирования включают сепараторы 8, 9, 10 высокого, среднего и низкого давления, дроссели 11 и 12, компрессоры 14, 15 высокого и низкого давления и линию рекуперации холода несжиженных газов, отделяемых по меньшей мере в одном сепараторе. Детандер 6 высокого давления выходом соединен с входом линии рекуперации холода несжиженных газов. Детандер 7 среднего давления входом соединен с выходом линии рекуперации холода несжиженных газов, а выходом с сепаратором 8. Дроссели 11 и 12 установлены на входе сепараторов 9 и 10 соответственно. Компрессоры 15 и 14 последовательно установлены на линии выхода газа из сепаратора 10. Сепаратор 8 выходом по газу соединен с линией возврата газа, а сепаратор 9 - с компрессором 14. Изобретение направлено на упрощение регулирования процесса охлаждения природных газов. 2 н. и 9 з.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к технологиям сжижения природного газа для дальнейшей его перевозки речным и морским транспортом с последующей его регазификацией.
Известно множество способов сжижения природного газа, преимущественно основанных на отводе теплоты внешним хладагентом.
Известны способ сжижения природного газа «Арктический каскад» и установка для его осуществления по патенту RU 2645185 C1 компании ПАО «НОВАТЭК», применяемые на заводе «Ямал СПГ» в п. Сабетта на четвертой очереди сжижения природного газа. Способ 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. При этом перед предварительным охлаждением природный газ компримируют, отделение этана осуществляют в процессе многоступенчатого предварительного охлаждения сжижаемого газа с одновременным испарением этана с использованием охлажденного этана в качестве хладагента. Этан, полученный при испарении, компримируют конденсируют и используют в качестве хладагента при охлаждении сжижаемого газа и азота, причем азот компримируют, охлаждают, расширяют и подают на стадию переохлаждения природного газа. Установка сжижения содержит линию сжижения природного газа, контур этана и контур азота, линия сжижения природного газа включает последовательно соединенные компрессор природного газа, аппарат охлаждения, испарители этана, концевой теплообменник переохлаждения и сепаратор, контур этана включает последовательно соединенные по меньшей мере один компрессор этана, аппарат охлаждения, указанные испарители этана, выходы которых соединены с входами, по меньшей мере, одного компрессора, контур азота включает последовательно соединенные, по меньшей мере, один компрессор азота, аппарат охлаждения, указанные испарители этана, между которыми подсоединены теплообменники азот-азот, турбодетандер, указанный концевой теплообменник переохлаждения, указанные теплообменники азот-азот и турбокомпрессор, соединенный с входом компрессора азота. Особенностью способа и установки по RU 2645185 C1 является применение дополнительного контура азота, что усложняет технологическое оформление процесса.
Наиболее близкими к предложенным являются способ и установка для сжижения природного газа, раскрытые в US 6289692 B1, 18.09.2001. Способ сжижения природного газа заключается в том, что подготовленный природный газ многоступенчато охлаждают за счет кипения хладагента в испарителях с различным уровнем давления, переохлаждают полученную среду путем последовательного снижения давления на по меньшей мере двух детандерах, после каждого из которых отделяют несжиженный газ и отводят сжиженный природный газ, а хладагент, полученный при испарении, компримируют, конденсируют и вновь используют при многоступенчатом охлаждении природного газа. Установка для сжижения природного газа содержит линию подачи природного газа, линию охлаждения природного газа, контур хладагента и средства переохлаждения и сепарирования сжижаемого газа, линия охлаждения природного газа включает испарители хладагента, контур хладагента включает последовательно соединенные по меньшей мере один компрессор, хладагент, по меньшей мере один аппарат охлаждения и указанные испарители хладагента, выходы которых соединены со входом по меньшей мере одного компрессора хладагента, средства переохлаждения и сепарирования сжижаемого газа включают два последовательно установленных детандера, каждый из которых соединен своим выходом со входом соответствующего сепаратора, а выход сжиженного газа первого сепаратора соединен с входом следующего детандера.
Недостаток известных способа и установки заключается в том, что несжиженные газы, отделяемые после первой ступени детандирования, компримируются за счет мощности, выделяемой на первом детандере, а несжиженные газы, отделяемые после второй ступени детандирования, компримируются за счет мощности, выделяемой на втором детандере, что приводит к наличию двух потоков газа различного давления, которые далее направляются на компримирование для возврата газа в рецикл на различные ступени многозаходного компрессора, применение которого затрудняет регулирование технологического процесса.
Технической проблемой, решаемой предлагаемой технологией сжижения природного газа, является упрощение технологического процесса, уменьшение единиц используемого оборудования и уменьшение энергозатрат на производство СПГ.
Техническая проблема решается способом сжижения природного газа, заключающимся в том, что подготовленный природный газ, компримируют, снимают теплоту компримирования, предварительно многоступенчато охлаждают за счет кипения хладагента, переохлаждают, сжижают за счет двухступенчатого изоэнтропийного расширения, отделяют несжиженный газ и отводят сжиженный природный газ, а хладагент полученный при испарении, компримируют, конденсируют и вновь используют при предварительном многоступенчатом охлаждении природного газа, при этом, согласно изобретению, после двухступенчатого изоэнтропийного расширения осуществляют изоэнтальпийное расширение переохлаждаемого газа соответственно первой и второй ступени, и отделение несжиженного газа осуществляют после каждой ступени изоэнтальпийного расширения, сжижаемый газ после первой ступени изоэнтропийного расширения переохлаждают за счет холода несжиженных газов, отделенных после второй ступени изоэнтропийного расширения, а несжиженный газ после второй ступени изоэнтальпийного расширения компримируют за счет мощности, генерируемой на второй ступени изоэнтропийного расширения, до давления несжиженного газа после первой ступени изоэнтальпийного расширения и смешивают с ним, компримируют полученную смесь за счет мощности, генерируемой на первой ступени изоэнтропийного расширения до давления несжиженного газа после второй ступени изоэнтропийного расширения и смешивают с ним, затем компримируют полученную смесь, снимают теплоту компримирования и отправляют в рецикл на смешение с потоком подготовленного природного газа, направляемого на сжижение.
Кроме того, предварительное многоступенчатое охлаждение газа осуществляют при различных уровнях давления кипения хладагента на ступенях, которые обеспечивают путем понижения давления хладагента до кипения перед каждой ступенью, при этом перед понижением давления жидкий хладагент переохлаждают за счет холода хладагента, испарившегося по меньшей мере на одной ступени предварительного многоступенчатого охлаждения газа.
Кроме того, охлаждение природного газа в испарителях осуществляют в области давлений выше давления крикоденбары, но ниже давления точки инверсии газа.
Кроме того, сжижаемый газ после первой ступени изоэнтропийного расширения дополнительно последовательно переохлаждают за счет холода несжиженных газов, отделенных после каждой ступени изоэнтальпийного расширения.
Также возможен вариант, в котором после первой ступени изоэнтропийного расширения часть потока сжиженного газа эжектируют с образованием парожидкостного потока до давления сжижаемого газа после второй ступени изоэнтропийного расширения, причем в качестве пассивного потока эжекции используют часть потока несжиженных газов после первой ступени изоэнтальпийного расширения, а часть потока сжиженного газа эжектируют с образованием парожидкостного потока до давления сжижаемого газа после первой ступени изоэнтальпийного расширения, причем в качестве пассивного потока эжекции используют часть потока несжиженных газов после второй ступени изоэнтальпийного расширения.
Техническая проблема также решается установкой для сжижения природного газа, содержащей линию предварительного охлаждения природного газа, контур хладагента, средства сжижения, переохлаждения и сепарирования сжижаемого газа и линию возврата газа, линия предварительного охлаждения природного газа включает последовательно соединенные испарители хладагента, контур хладагента включает последовательно соединенные по меньшей мере один компрессор хладагента, по меньшей мере один аппарат охлаждения, и испарители хладагента, выходы которых по парам хладагента соединены с входом компрессора хладагента, линия возврата газа включает компрессор несжиженных газов и по меньшей мере один аппарат охлаждения, а средства сжижения, переохлаждения и сепарирования сжижаемого газа включают два детандера и сепараторы, при этом, согласно изобретению, установка снабжена последовательно соединенными компрессором природного газа и по меньшей мере одним аппаратом охлаждения, соединенным с входом линии предварительного охлаждения, средства сжижения, переохлаждения и сепарирования сжижаемого газа включают сепараторы высокого, среднего и низкого давления, дроссели, компрессоры высокого и низкого давления и линию рекуперации холода несжиженных газов, отделяемых по меньшей мере в одном сепараторе, при этом детандер высокого давления своим выходом соединен со входом линии рекуперации холода несжиженных газов, детандер среднего давления своим входом соединен с выходом линии рекуперации холода несжиженных газов, отделенных по меньшей мере на одном сепараторе, а выходом с сепаратором высокого давления, вход первого дросселя соединен с выходом по жидкости сепаратора высокого давления, а выход - с входом сепаратора среднего давления, вход второго дросселя соединен с выходом по жидкости сепаратора среднего давления, а выход - с входом сепаратора низкого давления, компрессор низкого давления своим входом соединен с выходом по газу сепаратора низкого давления и выходом - с компрессором высокого давления и кинематически связан с валом жидкостного детандера среднего давления, компрессор высокого давления своим выходом соединен с линией возврата газа и кинематически связан с валом жидкостного детандера высокого давления, причем сепаратор высокого давления своим выходом по газу соединен с линией возврата газа, сепаратор среднего давления своим выходом по газу соединен с компрессором высокого давления, а сепаратор низкого давления своим выходом по жидкости соединен со входом насоса сжиженного природного газа.
Кроме того, линия рекуперации холода несжиженных газов, отделяемых по меньшей мере в одном сепараторе, в одном варианте выполнения включает по меньшей мере одну секцию рекуперации, расположенную в верхней части соответствующего сепаратора.
В другом варианте выполнения линия рекуперации холода несжиженных газов, отделяемых по меньшей мере в одном сепараторе, включает по меньшей мере один теплообменник рекуперации, установленный на выходе соответствующего сепаратора по газу.
Контур хладагента предпочтительно включает по меньшей мере один теплообменник рекуперации холода испарившегося хладагента, соединенный через дроссель с входом хладагента по меньшей мере одного испарителя.
Также предпочтительно, чтобы установленный на выходе сепаратора низкого давления насос откачки сжиженного природного газа был кинематически связан с валом по меньшей мере одного детандера для использования части генерируемой на детандерах мощности.
Возможен вариант выполнения, при котором средства сжижения, переохлаждения и сепарирования сжижаемого газа дополнительно включают, эжектор высокого давления, вход которого по активному потоку соединен с секцией рекуперации холода несжиженных газов, по пассивному потоку соединен с выходом по газу сепаратора среднего давления, а выход соединен со входом сепаратора высокого давления, эжектор низкого давления, вход которого по активному потоку соединен с секцией рекуперации холода несжиженных газов, по пассивному потоку соединен с выходом по газу сепаратора низкого давления, а выход соединен со входом сепаратора среднего давления.
Технический результат, достигаемый при использовании предложенных способа и устройства, заключается в упрощении регулирования процесса сжижения газа, что обусловлено направлением на всас компрессора несжиженных газов линии возврата газа единого потока одного давления.
По сравнению с технологией «Арктический каскад» в предлагаемой технологии не используется контур азотного переохлаждения природного газа, что уменьшает количество единиц технологического оборудования и снижает размеры склада-хранилища хладагента, что ведет к упрощению аппаратурного оформления процесса.
По сравнению с техническим решением по прототипу US 6289692 B1 в предлагаемых способе и установке компримирование несжиженных газов происходит последовательно на двух компрессорах за счет энергии, выделяемой при изоэнтропийном расширении сжижаемого газа на детандерах, и на одноступенчатом компрессоре несжиженных газов, что позволяет исключить использование многозаходного компрессора, а следовательно упростить аппаратурное оформление, регулирование процессом и снизить энергозатраты на компримирование несжиженных газов.
На фиг. 1 изображена схема исполнения предложенной установки с одной секцией рекуперации холода несжиженных газов, поясняющая предложенный способ сжижения природного газа.
На фиг. 2 - схема исполнения предложенной установки с дополнительными эжекторами для упрощения регулирования детандера среднего давления.
На фиг. 3 - схема исполнения предложенной установки с тремя секциями рекуперации холода несжиженных газов.
Установка для сжижения природного газа содержит линию предварительного охлаждения природного газа, контур хладагента, средства сжижения, переохлаждения и сепарирования газа и линию возврата газа.
Линия предварительного охлаждения природного газа включает последовательно соединенные компрессор 1 природного газа, аппарат 2 или аппараты воздушного или водяного охлаждения и испарители 3 хладагента, в данном случае этана.
Контур хладагента включает последовательно соединенные компрессор 4 хладагента, по меньшей мере один аппарат 5 воздушного (или водяного) охлаждения, теплообменники 20 рекуперации холода испарившегося хладагента, установленные перед одним или более испарителем 3, и указанные испарители 3 хладагента, выходы по газу которых для хладагента соединены с входом компрессора 4 хладагента. На входе каждого испарителя 3 установлены дроссели 23. Выходы по газу по меньшей мере двух испарителей 3 соединены с компрессором 4 через теплообменники 20 рекуперации холода испарившегося хладагента. В контуре хладагента могут быть установлены последовательно два или более компрессоров в зависимости от мощности компрессоров и требуемого давления хладагента.
Средства сжижения, переохлаждения и сепарирования газа включают жидкостные детандеры 6 и 7 высокого и среднего давлений, сепаратор 8 высокого давления, сепаратор 9 среднего давления, сепаратор 10 низкого давления, компрессор 14 высокого давления, компрессор 15 низкого давления и насос 16 откачки СПГ. Выход детандера 6 высокого давления последовательно соединен с входом детандера 7 среднего давления через линию рекуперции холода несжиженных газов, отделяемых по меньшей мере в одном сепараторе. Линия рекуперации холода несжиженных газов в одном варианте выполнения включает по меньшей мере одну секцию 24 рекуперации, расположенную в верхней части соответствующего сепаратора 8, 9, 10. На фиг. 1 показан вариант с одной секцией 24 рекуперации, расположенной в верхней части сепаратора 8 высокого давления. Секций может быть одна, две или три, и расположена секция или секции могут быть в любом одном, или любых двух сепараторах, или во всех трех сепараторах 8, 9, 10. Последний вариант показан на фиг. 3. В другом варианте выполнения (на чертежах не показан) линия рекуперации холода несжиженных газов, отделяемых по меньшей мере в одном сепараторе, включает по меньшей мере один теплообменник рекуперации, установленный на выходе соответствующего сепаратора 8, 9, 10 по газу.
Выход детандера 7 среднего давления соединен с входом сепаратора 8 высокого давления, выход сжиженного газа которого последовательно соединен с первым дросселем 11 и сепаратором 9 среднего давления. Выход по сжиженному газу сепаратора 9 среднего давления соединен через второй дроссель 12 с сепаратором 10 низкого давления, выход по сжиженном газу которого соединен с насосом 16 откачки СПГ. Выход по газу сепаратора 10 низкого давления соединен с входом компрессора 15 низкого давления, который расположен на одном валу с жидкостным детандером 7 среднего давления, а выход по жидкости соединен с насосом 16 откачки СПГ. Выход по газу сепаратора 9 среднего давления соединен с входом компрессора 14 высокого давления совместно с выходом компрессора 15 низкого давления, при этом компрессор 14 высокого давления расположен на одном валу с жидкостным детандером 6 высокого давления. Выход по газу сепаратора 8 высокого давления, выполненного в данном исполнении единым аппаратом с секцией 24 рекуперации холода несжиженных газов, совместно с выходом компрессора 14 высокого давления соединен с входом компрессора 17 несжиженных газов линии возврата газа.
Линия возврата газа включает в себя компрессор 17 несжиженных газов и по меньшей мере один аппарат 18 воздушного или водяного охлаждения.
В качестве приводов компрессора 1 несжиженного газа, компрессора (компрессоров) 4 хладагента и компрессора 17 несжиженных газов предлагается применять газотурбинный двигатель 19, но не ограничиваясь им, который может быть соединен с компрессорами посредством мультипликатора (на схеме не показан).
Для работы насоса 16 откачки СПГ также можно использовать часть генерируемой на детандерах 6 и 7 мощности путем обеспечения его кинематической связи с валом по меньшей мере одного детандера 6 и 7.
На Фиг. 2 изображена схема второго принципиального исполнения предложенной установки. Отличие данной схемы от представленной на фиг. 1 заключается в том, что средства сжижения, переохлаждения и сепарирования газа дополнительно включают парожидкостные эжекторы 21 и 22 высокого и низкого давлений, входы которых по активному потоку соединены с секцией 24 рекуперации холода несжиженных газов сепаратора 8 высокого давления (или другого сепаратора, или с теплообменником рекуперации холода несжиженных газов). Вход эжектора 21 высокого давления по пассивному потоку соединен с выходом по газу сепаратора 9 среднего давления, а выход - с входом сепаратора 8 высокого давления. Вход эжектора 22 низкого давления по пассивному потоку соединен с выходом по газу сепаратора 10 низкого давления, а выход - с входом сепаратора 9 среднего давления.
На Фиг. 3 изображена схема третьего принципиального исполнения предложенной установки. Отличие данной схемы от представленной на фиг. 1 заключается в том, что выход детандера 6 высокого давления последовательно соединен с входом детандера 7 среднего давления через секции 24 рекуперации холода несжиженных газов сепараторов 8, 9 и 10 высокого давления, среднего давления и низкого давления.
Способ сжижения природного газа осуществляется следующим образом.
Подготовленный к сжижению природный газ (ПГ) (очищенный от паров воды, углекислого газа и других загрязняющих примесей) поступает на компрессор 1 природного газа, компримируется до требуемого давления, которое находится в области давлений выше давления крикоденбары, но ниже максимального давления инверсии газа, охлаждается за счет холода окружающей среды в аппарате 2 или аппаратах воздушного либо водяного охлаждения до температуры порядка +15 град. C и направляется в испарители 3 хладагента для предварительного многоступенчатого охлаждения. Последовательно охладившись в испарителях 3, сжижаемый газ с температурой порядка -84 град. С направляется в систему последовательно расположенных устройств изоэнтропийного расширения - жидкостных детандеров 6 и 7 и устройств изоэнтальпийного расширения - дросселей 11 и 12, в которых происходит сброс давления до 0,2 МПа, сопровождающийся сжижением газа, при этом температура снижается примерно до -152 град. С. После отделения несжиженных газов в сепараторе 8 высокого давления жидкость направляется на дальнейшее снижение давления на первом дросселе 11. Образовавшийся несжиженный газ отделяется на сепараторе 9 среднего давления, а жидкость направляется на дальнейшее снижение давления на втором дросселе 12. Образовавшийся несжиженный газ отделяется на сепараторе 10 низкого давления, а сжиженный газ откачивается насосом 16 в резервуары хранения СПГ.
Охлаждение природного газа в испарителях 3 осуществляют в области давлений выше давления крикоденбары, но ниже давления точки инверсии газа.
В качестве хладагента применяется этан, но применение не ограничивается им. Газообразный этан от испарителей 3 с различными давлениями поступает на многоступенчатый компрессор (компрессоры) хладагента 4, при этом на выходе по меньшей мере одного испарителя 3 (на схеме - двух) по газу этан перегревается в теплообменнике 20 рекуперации холода испарившегося хладагента, дожимается до давления 3 МПа и конденсируется в аппарате 5 или аппаратах воздушного (или водяного) охлаждения при температуре +10 град. C. Жидкий этан направляется в испарители 3, в которых на различных уровнях давления этан охлаждает газ до температуры порядка -84 град. С., при этом перед входом по меньшей мере на один испаритель 3 жидкий этан переохлаждается в теплообменниках 20 рекуперации холода испарившегося хладагента. Разные уровни давления хладагента в испарителях 3 достигаются за счет снижения давления на дросселях 23. Газообразный этан от испарителей 3 направляется к компрессору 4 хладагента и далее по циклу.
В жидкостном детандере 6 высокого давления (фиг. 1) газ изоэнтропийно расширяется и сжижается, охлаждаясь за счет совершения внешней работы, переохлаждается в секции 24 рекуперации холода сепаратора 8 высокого давления (или другого сепаратора, или в секциях) и направляется в жидкостной детандер 7 среднего давления, где изоэнтропийно расширяется до давления 1,1 МПа. Сжиженный газ поступает в систему дросселей 11, 12, где его давление ступенчато снижается до 0,2 МПа с отделением сжиженного газа на каждой ступени в сепараторах 9 и 10. Для повышения энергоэффективности процесса потоки несжиженных газов из сепараторов 9 и 10 могут также быть использованы для рекуперации холода для переохлаждения природного газа, выходящего из секции 24 рекуперации холода сепаратора 8 высокого давления (фиг. 3).
Несжиженный газ мгновенного испарения из сепаратора 10 низкого давления компримируется в компрессоре 15 низкого давления до примерно 0,45 МПа и смешивается с потоком несжиженных газов из сепаратора 9 среднего давления. Полученная смесь несжиженных газов компримируется в компрессоре 14 высокого давления до примерно 1 МПа и смешивается с потоком несжиженных газов из сепаратора 8 высокого давления. Полученная смесь компримируется в компрессоре 17 несжиженных газов до давления примерно 5,6 МПа, охлаждается в аппарате 18 воздушного (или водяного) охлаждения до температуры +15 град. С. и направляется на рецикл в начало процесса сжижения на линию подачи природного газа.
В варианте исполнения, показанном на фиг. 2, газ в жидкостном детандере 6 высокого давления изоэнтропийно расширяется и сжижается, охлаждаясь за счет совершения внешней работы, переохлаждается в секции 24 рекуперации холода несжиженных газов сепаратора 8 высокого давления 8 (или другого сепаратора, или в секциях), от него отделяется вторичный поток в количестве 0,01…0,8 от величины расхода основного потока, при этом первичный поток направляется в жидкостной детандер 7 среднего давления, где изоэнтропийно расширяется до давления 1,1 МПа, а вторичный поток делится на два потока в соотношении от 1:1 до 1:10, при этом первый поток направляется на вход активного потока эжектора 21 высокого давления и эжектируется до давления 1,1 МПа, а второй поток направляется на вход активного потока эжектора 22 низкого давления и эжектируется до давления 0,45 МПа. Парожидкостные потоки после детандера 7 среднего давления и эжектора 21 высокого давления направляются в сепаратор 8 высокого давления. Сжиженный газ из сепаратора 8 поступает на дроссель 11, где его давление снижается до 0,45 МПа с образованием парожидкостного потока и направляется на вход в сепаратор 9 среднего давления вместе с парожидкостным потоком из эжектора 22 низкого давления. Сжиженный газ из сепаратора 9 поступает на дроссель 12, где его давление снижается до 0,2 МПа с образованием парожидкостного потока и направляется в сепаратор 10 низкого давления, откуда сжиженный природный газ откачивается насосом 16 откачки СПГ.
От потока несжиженного газа мгновенного испарения из сепаратора 10 низкого давления отделяется вторичный поток в количестве 0,01…0,8 от величины расхода основного потока, при этом первичный поток компримируется в компрессоре 15 низкого давления до примерно 0,45 МПа и смешивается с потоком несжиженных газов из сепаратора 9 среднего давления, а вторичный поток направляется на вход пассивного потока эжектора 22 низкого давления.
От потока несжиженного газа мгновенного испарения из сепаратора 9 среднего давления отделяется вторичный поток в количестве 0,01…0,8 от величины расхода основного потока, при этом первичный поток направляется на смешение с потоком несжиженных газов из компрессора 15 низкого давления и последующее сжатие в компрессоре 14 до давления примерно 1 МПа, а вторичный поток направляется на вход пассивного потока эжектора 21 высокого давления. Смесь несжиженных газов после сжатия в компрессоре 14 смешивается с потоком несжиженных газов из сепаратора 8 высокого давления. Полученная смесь компримируется в компрессоре 17 несжиженных газов до давления примерно 5,6 МПа, охлаждается в аппарате 18 воздушного (или водяного) охлаждения до температуры +15 град. С. и направляется на рецикл в начало процесса сжижения на линию подачи природного газа. Использование эжекторов 21, 22 упрощает регулирование детандера 7 среднего давления, а также снижает нагрузку на него и позволяет повышать производительность работы установки без потери энергоэффективности.
При этом, кинематическую связь компрессоров 14, 15 с валами детандеров 6, 7 осуществляют, например, путем расположения на одном валу различных комбинаций детандерных и компрессорных частей, либо посредством редукторов, или мультипликаторов, или электродвигателей, или иных устройств передачи крутящего момента.
Технологическая схема работает в номинальном режиме при температуре окружающей среды +5 град. C и ниже. При температуре выше +5 град. C производительность технологической нитки начинает снижаться. Поскольку технология разрабатывается для арктических и антарктических широт, то для конденсации хладагента (в частности, этана) в аппаратах охлаждения в жаркий период также могут быть использованы воды арктических, либо антарктических морей, заливов и иных водоемов, которые даже в летний период имеют низкую температуру.
В целях оптимизации кинематической схемы и снижения количества единиц вращающегося оборудования компрессоры 4, 1 и 17 хладагента, природного газа и несжиженного газа могут приводиться в движение единым газотурбинным двигателем 19 с распределением мощности на каждый компрессор через мультипликатор.
1. Способ сжижения природного газа, в котором подготовленный природный газ, компримируют, снимают теплоту компримирования, предварительно многоступенчато охлаждают за счет кипения хладагента, переохлаждают, сжижают за счет двухступенчатого изоэнтропийного расширения, отделяют несжиженный газ и отводят сжиженный природный газ, а хладагент полученный при испарении, компримируют, конденсируют и вновь используют при предварительном многоступенчатом охлаждении природного газа, отличающийся тем, что после двухступенчатого изоэнтропийного расширения осуществляют изоэнтальпийное расширение переохлаждаемого газа соответственно первой и второй ступени, и отделение несжиженного газа осуществляют после каждой ступени изоэнтальпийного расширения, сжижаемый газ после первой ступени изоэнтропийного расширения переохлаждают за счет холода несжиженных газов, отделенных после второй ступени изоэнтропийного расширения, а несжиженный газ после второй ступени изоэнтальпийного расширения компримируют за счет мощности, генерируемой на второй ступени изоэнтропийного расширения, до давления несжиженного газа после первой ступени изоэнтальпийного расширения и смешивают с ним, компримируют полученную смесь за счет мощности, генерируемой на первой ступени изоэнтропийного расширения до давления несжиженного газа после второй ступени изоэнтропийного расширения и смешивают с ним, затем компримируют полученную смесь, снимают теплоту компримирования и отправляют в рецикл на смешение с потоком подготовленного природного газа, направляемого на сжижение.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что предварительное многоступенчатое охлаждение газа осуществляют при различных уровнях давления кипения хладагента на ступенях, которые обеспечивают путем понижения давления хладагента до кипения перед каждой ступенью, при этом перед понижением давления жидкий хладагент переохлаждают за счет холода хладагента, испарившегося по меньшей мере на одной ступени предварительного многоступенчатого охлаждения газа.
3. Способ по п.1, отличающийся тем, что охлаждение природного газа в испарителях осуществляют в области давлений выше давления крикоденбары, но ниже давления точки инверсии газа.
4. Способ по п.1, отличающийся тем, что сжижаемый газ после первой ступени изоэнтропийного расширения дополнительно последовательно переохлаждают за счет холода несжиженных газов, отделенных после каждой ступени изоэнтальпийного расширения.
5. Способ по п.1, отличающийся тем, что после первой ступени изоэнтропийного расширения часть потока сжиженного газа эжектируют с образованием парожидкостного потока до давления сжижаемого газа после второй ступени изоэнтропийного расширения, причем в качестве пассивного потока эжекции используют часть потока несжиженных газов после первой ступени изоэнтальпийного расширения, а часть потока сжиженного газа эжектируют с образованием парожидкостного потока до давления сжижаемого газа после первой ступени изоэнтальпийного расширения, причем в качестве пассивного потока эжекции используют часть потока несжиженных газов после второй ступени изоэнтальпийного расширения.
6. Установка для сжижения природного газа, содержащая линию предварительного охлаждения природного газа, контур хладагента, средства сжижения, переохлаждения и сепарирования сжижаемого газа и линию возврата газа, линия предварительного охлаждения природного газа включает последовательно соединенные испарители хладагента, контур хладагента включает последовательно соединенные по меньшей мере один компрессор хладагента, по меньшей мере один аппарат охлаждения, и испарители хладагента, выходы которых по парам хладагента соединены с входом компрессора хладагента, линия возврата газа включает компрессор несжиженных газов и по меньшей мере один аппарат охлаждения, а средства сжижения, переохлаждения и сепарирования сжижаемого газа включают два детандера и сепараторы, отличающаяся тем, что установка снабжена последовательно соединенными компрессором природного газа и по меньшей мере одним аппаратом охлаждения, соединенным с входом линии предварительного охлаждения, средства сжижения, переохлаждения и сепарирования сжижаемого газа включают сепараторы высокого, среднего и низкого давления, дроссели, компрессоры высокого и низкого давления и линию рекуперации холода несжиженных газов, отделяемых по меньшей мере в одном сепараторе, при этом детандер высокого давления своим выходом соединен со входом линии рекуперации холода несжиженных газов, детандер среднего давления своим входом соединен с выходом линии рекуперации холода несжиженных газов, отделенных по меньшей мере на одном сепараторе, а выходом с сепаратором высокого давления, вход первого дросселя соединен с выходом по жидкости сепаратора высокого давления, а выход - с входом сепаратора среднего давления, вход второго дросселя соединен с выходом по жидкости сепаратора среднего давления, а выход - с входом сепаратора низкого давления, компрессор низкого давления своим входом соединен с выходом по газу сепаратора низкого давления и выходом - с компрессором высокого давления и кинематически связан с валом жидкостного детандера среднего давления, компрессор высокого давления своим выходом соединен с линией возврата газа и кинематически связан с валом жидкостного детандера высокого давления, причем сепаратор высокого давления своим выходом по газу соединен с линией возврата газа, сепаратор среднего давления своим выходом по газу соединен с компрессором высокого давления, а сепаратор низкого давления своим выходом по жидкости соединен со входом насоса сжиженного природного газа.
7. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что линия рекуперации холода несжиженных газов, отделяемых по меньшей мере в одном сепараторе, включает по меньшей мере одну секцию рекуперации, расположенную в верхней части соответствующего сепаратора.
8. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что линия рекуперации холода несжиженных газов, отделяемых по меньшей мере в одном сепараторе, включает по меньшей мере один теплообменник рекуперации, установленный на выходе соответствующего сепаратора по газу.
9. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что контур хладагента включает по меньшей мере один теплообменник рекуперации холода испарившегося хладагента, соединенный через дроссель с входом хладагента по меньшей мере одного испарителя.
10. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что установленный на выходе сепаратора низкого давления насос откачки сжиженного природного газа кинематически связан с валом по меньшей мере одного детандера для использования части генерируемой на детандерах мощности.
11. Установка по п. 6, отличающаяся тем, что средства сжижения, переохлаждения и сепарирования сжижаемого газа дополнительно включают эжектор высокого давления, вход которого по активному потоку соединен с линией рекуперации холода несжиженных газов, по пассивному потоку соединен с выходом по газу сепаратора среднего давления, а выход соединен со входом сепаратора высокого давления, эжектор низкого давления, вход которого по активному потоку соединен с линией рекуперации холода несжиженных газов, по пассивному потоку соединен с выходом по газу сепаратора низкого давления, а выход соединен со входом сепаратора среднего давления.
