УСТАНОВКА РЕДУЦИРОВАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА С ВЫРАБОТКОЙ СПГ
UNIT FOR REDUCTION OF NATURAL GAS WITH GENERATION OF LNG

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для получения сжиженного природного газа (СПГ) при отборе газа несколькими потребителями на газораспределительных станциях.
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.
Наиболее близка 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, детандер, компрессор и сепаратор.
Недостатками 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 редуцированного продукционного газа путем оптимизации теплообмена, возможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях за счет установки вспомогательных линий отбора газа с редуцирующими устройствами и обеспечение постоянства выхода СПГ за счет оснащения установки холодильной машиной и циркуляционным компрессором.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке, включающей блоки осушки и очистки газа, теплообменник, сепаратор, редуцирующее устройство, а также детандер и компрессор, соединенные между собой, особенность заключается в том, что на линии продукционного газа последовательно расположены первый компрессор, первый холодильник, первая секция теплообменника, блок очистки, вторая секция теплообменника, редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией обратного газа, которая соединена с линией технологического газа после детандера, образуя линию газа низкого давления, на которой расположен теплообменник, при этом на линии технологического газа перед детандером установлен вспомогательный холодильник, расположенный также на по меньшей мере одной линии вспомогательного газа с редуцирующим устройством, соединенной с линией газа высокого давления после блока осушки, кроме того, на линии технологического газа выполнена байпасная линия, на которой установлена холодильная машина, а линия газа низкого давления соединена с линией технологического газа линией циркуляционного газа, на которой установлены второй компрессор и второй холодильник.
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. Холодильники могут быть выполнены, например, в виде аппаратов водяного или воздушного охлаждения. Блок очистки может быть выполнен, например, в виде узла адсорбционной очистки от углекислого газа. Через линии вспомогательного газа осуществляют отбор газа с давлением, отличающемся от давления газа низкого давления. 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 предварительном 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 в теплообменнике позволяет вывести из установки тепло, выделившееся при сжатии продукционного газа, понизить его температуру и увеличить выход СПГ. Расположение по меньшей мере одной линии вспомогательного газа, соединенной с линией газа высокого давления и оснащенной детандером и холодильником технологического газа позволяет отбирать газ при разных давлениях нескольким потребителям, а также, при необходимости, использовать энергию редуцирования вспомогательного газа в целях повышения выхода СПГ. Постоянство выхода СПГ обеспечивает установка холодильной машины на байпасной линии технологического газа для снижения температуры последнего перед редуцированием, и, дополнительно, установка второго компрессора и второго холодильника на линии подачи циркуляционного газа, что позволяет увеличить расход технологического газа и обеспечивает постоянство температуры продукционного газа перед редуцированием.
Установка включает блоки осушки 1 и очистки 2, теплообменник 3, первый 4, второй 5 и вспомогательный 6 холодильники, детандер 7, редуцирующие устройства 8 и 9 (условно показаны детандеры в качестве редуцирующих устройств и одна линия вспомогательного газа), первый 10 и второй 11 компрессоры, сепаратор 12 и холодильная машина 13. Пунктиром показано оборудование узла отгрузки: редуцирующее устройство 14, сепаратор 15 и компрессор 16.
Установка эксплуатируется в трех режимах: зимнем, весенне-осеннем и летнем. При работе установки (фиг. 1) в зимнем режиме, при максимальном отборе газа низкого давления, краны 17-20 закрыты, а кран 21 открыт, природный газ высокого давления, поступающий по линии 22, осушают в блоке 1 и разделяют на продукционный, технологический и вспомогательный газ, последний редуцируют в детандере 9, нагревают в холодильнике 6 и выводят по линии 23. Технологический газ по линии 24 после охлаждения в холодильнике 6 направляют в детандер 7, смешивают с обратным газом, подаваемым по линии 25, а полученный газ низкого давления нагревают в теплообменнике 3 и выводят по линии 26. Продукционный газ, подаваемый по линии 27, сжимают компрессором 10, охлаждают в холодильнике 4 и первой секции теплообменника 3, очищают от углекислоты в блоке 2, затем доохлаждают во второй секции теплообменника 3, редуцируют с помощью детандера 8 и разделяют в сепараторе 12 на СПГ, выводимый по линии 28, и обратный газ, который по линии 25 подают в линию 24. Пунктиром показана подача продувочного газа в блок 2 по линии 29 из линии 27, подача газа регенерации из блока 2 по линии 30 в линию 26, подача дополнительного количества энергии в компрессор 10 по линии 31, а также снижение давления СПГ путем его редуцирования с помощью устройства 14, и разделения в сепараторе 15 на СПГ низкого давления, выводимый по линии 32, и газ сепарации, который сжимают компрессором 16 и подают по линии 33 в линию 25. Соединение детандера 7 и, возможно, 8 и 9 с компрессором 10 показано штрих-пунктиром.
При работе установки в весенне-осеннем режиме, когда отбор газа низкого давления снижается, при закрытых кранах 19-21 и открытых кранах 17 и 18, технологический газ по байпасу пропускают через холодильную машину 13 для снижения температуры технологического газа и поддержания постоянного выхода СПГ. В летнем режиме, при значительном снижении отбора газа низкого давления, дополнительно открывают краны 19 и 20 и рециркулируют часть газа низкого давления из линии 26 в линию 24 с помощью компрессора 11 и холодильника 5, что обеспечивает постоянство отбора СПГ.
Таким образом, предлагаемая установка позволяет увеличить выход СПГ, дает возможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях, обеспечивает постоянство выхода СПГ и может быть использована в промышленности.