Установка для редуцирования газа и выработки постоянного количества сжиженного природного газа (варианты)

Изобретение относится к криогенной технике и может быть применено для сжижения природного газа на газораспределительных станциях. Предложена установка, включающая в варианте 1 блоки осушки и очистки, теплообменник, компрессионную холодильную машину с двумя испарителями, два холодильника, детандер, два редуцирующих устройства, циркуляционный компрессор и сепаратор. В вариантах 2 и 4 дополнительно размещен второй детандер, а в вариантах 3 и 4 - второй компрессор. При работе в зимнем режиме природный газ осушают и разделяют на по меньшей мере один поток вспомогательного газа, основной и вспомогательный технологический газ и продукционный газ, который охлаждают, очищают от углекислоты, доохлаждают, редуцируют и разделяют на СПГ, и обратный газ, подаваемый в линию основного технологического газа, который охлаждают в первом испарителе, смешивают с охлажденным вспомогательным технологическим газом, редуцируют в детандере, смешивают с обратным газом, а затем полученный газ низкого давления нагревают в теплообменнике и выводят. Вспомогательный газ охлаждают во втором испарителе, редуцируют, нагревают в холодильнике и выводят. В весенне-осеннем режиме на привод компрессора холодильной машины подают дополнительную энергию со стороны. В летнем режиме часть сжатого охлажденного газа низкого давления рециркулируют. Работа вариантов 2 и 4 отличается тем, что охлажденный вспомогательный технологический газ редуцируют во втором детандере и смешивают с основным технологическим газом после первого детандера. Работа вариантов 3 и 4 отличается сжатием и охлаждением продукционного газа перед подачей в теплообменник. Технический результат - увеличение выхода СПГ, возможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях и обеспечение постоянства выхода СПГ. 4 н.п. ф-лы, 4 ил.

 

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

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.

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", сепаратор, редуцирующее устройство (детандер), а также детандер и компрессор, соединенные посредством электрической и/или кинематической связи.

Недостатком данной установки является низкий выход СПГ, невозможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях газа и неравномерный выход СПГ в связи с сезонными колебаниями отбора газа низкого давления.

Задачей изобретения является увеличение выхода СПГ, возможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях и обеспечение постоянства выхода СПГ.

Техническим результатом является увеличение выхода СПГ за счет снижения температуры продукционного испарителей компрессионной холодильной машины на линиях основного технологического и вспомогательного газа, возможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях за счет установки вспомогательных линий отбора газа, оснащенных испарителями, редуцирующими устройствами и холодильниками и обеспечение постоянства выхода СПГ за счет оснащения установки циркуляционным компрессором.

Предложено четыре варианта установки.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в известной установке, включающей блоки осушки и очистки газа, теплообменник, сепаратор, редуцирующее устройство, детандер и компрессор, соединенные между собой, особенность заключается в том, что установка оснащена холодильной машиной с линией подвода энергии со стороны, компрессором и двумя испарителями, линия осушенного природного газа высокого давления разделена на по меньшей мере одну линию вспомогательного газа, линии основного и вспомогательного технологического газа и линию продукционного газа, на которой последовательно расположены первая секция теплообменника, блок очистки, вторая секция теплообменника, редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией обратного газа, на линии основного технологического газа расположены первый испаритель, соединение с линией вспомогательного технологического газа, оснащенной холодильником, детандер и соединение с линией обратного газа, а на образованной этими линиями линии газа низкого давления расположен теплообменник, при этом холодильник расположен также на по меньшей мере одной линии вспомогательного газа, оснащенной вторым редуцирующим устройством и вторым испарителем, кроме того, линия газа низкого давления соединена с линией основного технологического газа перед испарителем линией циркуляционного газа, на которой установлены циркуляционный компрессор и холодильник.

Второй вариант отличается от первого установкой дополнительного детандера на линии вспомогательного технологического газа и соединением линий обратного газа и основного технологического газа после детандеров. Третий и четвертый варианты отличаются от первого и второго вариантов установкой второго компрессора на линии продукционного газа перед теплообменником.

Редуцирующие устройства выполнены в виде детандера, дроссельного вентиля или газодинамического устройства. Компрессор(ы) соединен(ы) с детандером(ами) с помощью кинематической и/или электрической, и/или магнитной, и/или гидравлической связи. Блоки осушки и очистки могут быть выполнены в виде адсорбционных установок. Второй испаритель холодильной машины и холодильник разделены на секции по числу линий вспомогательного газа. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Предотвращение отложения твердого углекислого газа в технологических линиях достигается, например, за счет высокой скорости и/или турбулизации потока газа, а в теплообменниках - за счет исполнения в виде многосекционных аппаратов с возможностью периодического отключения секций для их прогрева и испарения отложений углекислого газа. При адсорбционной очистке газа в качестве продувочного газа может быть использована часть очищенного продукционного газа, а газ регенерации может быть направлен в линию газа низкого давления. В случае отгрузки СПГ при более низком давлении, чем давление его хранения, линия вывода СПГ соединена с редуцирующим устройством и сепаратором низкого давления, оснащенным линией вывода СПГ низкого давления и линией газа сепарации с компрессором, которая соединена с линией обратного газа. Второй компрессор может быть оснащен линией подвода энергии со стороны для дополнительного понижения температуры технологического и продукционного газа, повышения давления продукционного газа и увеличения выхода СПГ. В третьем и четвертом варианте после второго компрессора может быть установлен второй холодильник

Установка испарителей компрессионной холодильной машины перед детандером на линиях технологического и вспомогательного газа позволяет понизить температуру редуцированного технологического газа, а следовательно, и продукционного газа, за счет чего увеличить выход СПГ. Оснащение установки вспомогательными линиями, оборудованными испарителями, редуцирующими устройствами и холодильниками, для отбора газа позволяет подавать газ при разных давлениях нескольким потребителям, а также дает возможность использования энергии редуцирования вспомогательного газа для повышения выхода СПГ. Постоянство выхода СПГ обеспечивает подача дополнительной энергии, например, электрической, со стороны в холодильную машину для поддержания требуемой температуры основного технологического газа перед редуцированием, а также установка циркуляционного компрессора и холодильника на линии подачи циркуляционного газа, что позволяет увеличить расход технологического газа и обеспечивает постоянство температуры продукционного газа перед основным теплообменником в период минимального отбора газа низкого давления.

Установка в первом варианте (фиг.1) включает (условно показана одна вспомогательная линия) блоки осушки 1 и очистки 2, теплообменник 3, компрессионную холодильную машину 4 с испарителями 5 и 6, вспомогательный холодильник 7, холодильник циркуляционного газа 8, детандер 9, редуцирующие устройства 10 и 11, циркуляционный компрессор 12 и сепаратор 13. Во втором (фиг.2) и четвертом (фиг.4) вариантах установки дополнительно размещен второй детандер 14. В третьем (фиг.3) и четвертом вариантах установки дополнительно размещен второй компрессор 15. Пунктиром показано оборудование узла отгрузки: редуцирующее устройство 16, сепаратор 17 и компрессор 18.

Установка эксплуатируется в трех режимах: зимнем, весенне-осеннем и летнем. При работе установки в зимнем режиме, при максимальном отборе газа низкого давления, краны 19, 20 закрыты, природный газ высокого давления, поступающий по линии 21, осушают в блоке 1 и разделяют на по меньшей мере один поток вспомогательного газа (условно показан один поток 22), потоки основного 23 и вспомогательного 24 технологического газа и продукционный газ 25, который охлаждают в первой секции теплообменника 3, очищают от углекислоты в блоке 2, затем охлаждают во второй секции теплообменника 3, редуцируют с помощью устройства 10 и разделяют в сепараторе 13 на СПГ, выводимый по линии 26, и обратный газ, который по линии 27 подают в линию 23. Основной технологический газ охлаждают в испарителе 5 холодильной машины 4, смешивают со вспомогательным технологическим газом, подаваемым по линии 24 после охлаждения в холодильнике 7, редуцируют в детандере 9, смешивают с обратным газом, а затем полученный газ низкого давления нагревают в теплообменнике 3 и выводят по линии 28. Вспомогательный газ охлаждают в испарителе 6, редуцируют в устройстве 11, нагревают в холодильнике 7 и выводят потребителю (условно - одному). Пунктиром показаны: подача продувочного газа в блок 2 по линии 29 из линии 25, подача газа регенерации из блока 2 по линии 30 в линию 28, а также снижение давления СПГ путем редуцирования с помощью устройства 16, и разделения в сепараторе 17 на СПГ низкого давления, выводимый по линии 31, и газ сепарации, который сжимают компрессором 18 и подают по линии 32 в линию 27. Соединение детандеров 9, 14 и, возможно, 10 и 11 с компрессором холодильной машины 4 показано штрих-пунктиром.

При работе установки в весенне-осеннем режиме, когда отбор газа низкого давления снижается и энергии, вырабатываемой детандером, не хватает для поддержания мощности холодильной машины 4, по линии 33 со стороны подают дополнительную энергию на привод компрессора холодильной машины для поддержания низкой температуры основного технологического газа и стабилизации выхода СПГ. В летнем режиме, при значительном снижении отбора газа низкого давления, краны 19 и 20 открыты и часть газа низкого давления рециркулируют из линии 28 в линию 23 с помощью компрессора 12 после охлаждения в холодильнике 8.

Работа второго и четвертого вариантов установки отличается тем, что вспомогательный технологический газ после охлаждения в холодильнике 7 редуцируют в детандере 14 и затем направляют в линию 23 после детандера 9. Работа третьего и четвертого вариантов установки отличаются от работы первого и второго вариантов сжатием продукционного газа в компрессоре 15 перед подачей в теплообменник 3. Пунктиром показана подача энергии со стороны на привод компрессора 13 по линии 34, а также дополнительный холодильник 35.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет увеличить выход СПГ, дает возможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях, обеспечивает постоянство выхода СПГ в течение всего года и может быть использована в промышленности.

1. Установка для редуцирования газа и выработки постоянного количества сжиженного природного газа, включающая блоки осушки и очистки газа, теплообменник, сепаратор, редуцирующее устройство, детандер и компрессор, соединенные между собой, отличающаяся тем, что установка оснащена холодильной машиной с линией подвода энергии со стороны, компрессором и двумя испарителями, линия осушенного природного газа высокого давления разделена на по меньшей мере одну линию вспомогательного газа, линии основного и вспомогательного технологического газа и линию продукционного газа, на которой последовательно расположены первая секция теплообменника, блок очистки, вторая секция теплообменника, редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией обратного газа, на линии основного технологического газа расположены первый испаритель, соединение с линией вспомогательного технологического газа, оснащенной холодильником, детандер и соединение с линией обратного газа, а на образованной этими линиями линии газа низкого давления расположен теплообменник, при этом холодильник расположен также на по меньшей мере одной линии вспомогательного газа, оснащенной вторым редуцирующим устройством и вторым испарителем, кроме того, линия газа низкого давления соединена с линией основного технологического газа перед испарителем линией циркуляционного газа, на которой установлены циркуляционный компрессор и холодильник.

2. Установка для редуцирования газа и выработки постоянного количества сжиженного природного газа, включающая блоки осушки и очистки газа, теплообменник, сепаратор, редуцирующее устройство, детандер и компрессор, соединенные между собой, отличающаяся тем, что установка оснащена холодильной машиной с линией подвода энергии со стороны, компрессором и двумя испарителями, линия осушенного природного газа высокого давления разделена на по меньшей мере одну линию вспомогательного газа, линии основного и вспомогательного технологического газа и линию продукционного газа, на которой последовательно расположены первая секция теплообменника, блок очистки, вторая секция теплообменника, редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией обратного газа, на линии основного технологического газа расположены первый испаритель, детандер, соединение с линией вспомогательного технологического газа, оснащенной холодильником и дополнительным детандером, и соединение с линией обратного газа, а на образованной этими линиями линии газа низкого давления расположен теплообменник, при этом холодильник расположен также на по меньшей мере одной линии вспомогательного газа, оснащенной вторым редуцирующим устройством и вторым испарителем, кроме того, линия газа низкого давления соединена с линией основного технологического газа перед испарителем линией циркуляционного газа, на которой установлены циркуляционный компрессор и холодильник.

3. Установка для редуцирования газа и выработки постоянного количества сжиженного природного газа, включающая блоки осушки и очистки газа, теплообменник, сепаратор, редуцирующее устройство, детандер и компрессор, соединенные между собой, отличающаяся тем, что установка оснащена холодильной машиной с линией подвода энергии со стороны, компрессором и двумя испарителями, линия осушенного природного газа высокого давления разделена на по меньшей мере одну линию вспомогательного газа, линии основного и вспомогательного технологического газа и линию продукционного газа, на которой последовательно расположены второй компрессор, первая секция теплообменника, блок очистки, вторая секция теплообменника, редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией обратного газа, на линии основного технологического газа расположены первый испаритель, соединение с линией вспомогательного технологического газа, оснащенной холодильником, детандер и соединение с линией обратного газа, а на образованной этими линиями линии газа низкого давления расположен теплообменник, при этом холодильник расположен также на по меньшей мере одной линии вспомогательного газа, оснащенной вторым редуцирующим устройством и вторым испарителем, кроме того, линия газа низкого давления соединена с линией основного технологического газа перед испарителем линией циркуляционного газа, на которой установлены циркуляционный компрессор и холодильник.

4. Установка для редуцирования газа и выработки постоянного количества сжиженного природного газа, включающая блоки осушки и очистки газа, теплообменник, сепаратор, редуцирующее устройство, детандер и компрессор, соединенные между собой, отличающаяся тем, что установка оснащена холодильной машиной с линией подвода энергии со стороны, компрессором и двумя испарителями, линия осушенного природного газа высокого давления разделена на по меньшей мере одну линию вспомогательного газа, линии основного и вспомогательного технологического газа и линию продукционного газа, на которой последовательно расположены второй компрессор, первая секция теплообменника, блок очистки, вторая секция теплообменника, редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией обратного газа, на линии основного технологического газа расположены первый испаритель, детандер, соединение с линией вспомогательного технологического газа, оснащенной холодильником и дополнительным детандером, и соединение с линией обратного газа, а на образованной этими линиями линии газа низкого давления расположен теплообменник, при этом холодильник расположен также на по меньшей мере одной линии вспомогательного газа, оснащенной вторым редуцирующим устройством и вторым испарителем, кроме того, линия газа низкого давления соединена с линией основного технологического газа перед испарителем линией циркуляционного газа, на которой установлены циркуляционный компрессор и холодильник.