УСТАНОВКА ДЛЯ РЕДУЦИРОВАНИЯ ГАЗА И ВЫРАБОТКИ ПОСТОЯННОГО КОЛИЧЕСТВА СПГ
INSTALLATION FOR GAS REDUCTION AND PRODUCTION OF CONSTANT AMOUNT OF LNG

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 и возможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях и обеспечение постоянства выхода СПГ.
Техническим результатом является увеличение выхода СПГ за счет снижения температуры продукционного газа путем установки испарителя компрессионной холодильной машины на линии технологического газа, возможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях за счет установки вспомогательных линий отбора газа и обеспечение постоянства выхода СПГ за счет оснащения установки циркуляционным компрессором.
Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке, включающей блоки осушки и очистки газа, предварительный и основной теплообменники, сепаратор, а также детандеры и компрессор, соединенные между собой, особенность заключается в том, что в качестве компрессора установлен компрессор холодильной машины с возможностью подачи энергии со стороны, 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 предварительного теплообменника, блок очистки, вторая секция предварительного теплообменника, основной теплообменник, первый детандер и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией обратного газа с основным теплообменником, на линии основного технологического газа расположены первый испаритель холодильной машины, второй детандер и соединения с линией обратного газа и с линией вспомогательного технологического газа, оснащенной вспомогательным холодильником и третьим детандером, а на образованной этими линиями линии газа низкого давления расположен предварительный теплообменник, при этом вспомогательный холодильник расположен также на по меньшей мере одной линии вспомогательного газа, оснащенной вспомогательным детандером и вторым испарителем холодильной машины, кроме того, линия газа низкого давления соединена с линией основного технологического газа перед испарителем линией циркуляционного газа, на которой установлены циркуляционный компрессор и холодильник.
Компрессор может быть связан с детандерами с помощью кинематической связи и/или электрической связи, например, посредством электродвигателя, запитанного от электрогенераторов, соединенных с детандерами, и/или с помощью магнитной связи, например, с применением постоянных магнитов или электромагнитов, и/или с помощи гидравлической связи. Блок очистки может выполнен в виде узла адсорбционной очистки от углекислого газа. Второй испаритель холодильной машины и вспомогательный холодильник разделены на секции по числу линий вспомогательного газа, на каждой из которых установлен вспомогательный детандер. 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.
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 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.
Установка включает блоки осушки 1 и очистки 2, предварительный 3 и основной 4 теплообменники, компрессионную холодильную машину 5 с испарителями 6 и 7, вспомогательный холодильник 8, холодильник циркуляционного газа 9, первый 10, второй 11, третий 12 и вспомогательный 13 детандеры (условно показан один вспомогательный детандер), циркуляционный компрессор 14 и сепаратор 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 (фиг. 1) в зимнем режиме, при максимальном отборе газа низкого давления, краны 19, 20 закрыты, а 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 и в теплообменнике 4, редуцируют с помощью детандера 10 и разделяют в сепараторе 15 на СПГ, выводимый по линии 26, и обратный газ, который по линии 27 подают в линию 23 после нагрева в теплообменнике 4. Основной технологический газ охлаждают в испарителе 6 холодильной машины 5, редуцируют в детандере 11, смешивают обратным газом, подаваемым по линии 27 и со вспомогательным технологическим газом подаваемым по линии 24 после охлаждения в холодильнике 8 и редуцирования в детандере 12, затем полученный газ низкого давления нагревают в теплообменнике 3 и выводят по линии 28. Вспомогательный газ охлаждают в испарителе 7, редуцируют в детандере 13, нагревают в холодильнике 8 и выводят потребителю (условно -одному). Пунктиром показана 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 10-13 с компрессором холодильной машины 5 показано штрих-пунктиром.
При работе установки в весенне-осеннем режиме, когда отбор газа низкого давления снижается и энергии, вырабатываемой детандерами, не хватает для поддержания мощности холодильной машины 5, по линии 33 со стороны подают дополнительную энергию для поддержания температуры редуцированного технологического газа и, соответственно, выхода СПГ. В летнем режиме, при значительном снижении отбора газа низкого давления снижается, открывают краны 19 и 20 и рециркулируют часть газа низкого давления из линии 28 по линии 34 в линию 23 с помощью компрессора 14 и холодильника 9.
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.