СПОСОБ ОХЛАЖДЕНИЯ ОДНО- ИЛИ МНОГОКОМПОНЕНТНОГО ПОТОКА
METHOD FOR COOLING SINGLE- OR MULTI-COMPONENT STREAM

Изобретение относится к способу охлаждения одно- или многокомпонентного потока, в частности обогащенной углеводородами фракции, косвенным теплообменом со смесью охлаждающего средства в циркуляционном контуре смеси охлаждающего средства, причем смесь охлаждающего средства сжимают по меньшей мере в двух ступенях и разделяют на низкокипящую, сжатую до конечного давления в циркуляционном контуре смеси охлаждающего средства, фракцию смеси охлаждающего средства и по меньшей мере одну высококипящую, сжатую до промежуточного давления, фракцию смеси охлаждающего средства.
Соответствующий родовому определению способ охлаждения одно- или многокомпонентного потока известен, например, из патента DE-C 19722490. Подобные способы охлаждения или, соответственно, сжижения находят применение, например, в рассчитанных на базисную нагрузку установках для сжижения. При этом низкокипящие, а также высококипящие фракции смеси охлаждающего средства испаряют посредством охлаждаемого или, соответственно, сжижаемого потока при различных уровнях температуры. С помощью этого способа раздельное проведение потока может благоприятно влиять на температурный профиль, достигаемый в теплообменнике или, соответственно, теплообменниках. Однако описанный в DE-C 19722490 способ по сравнению с циркуляционными контурами для смеси, в которых подобное разделение не производят, требует известных дополнительных расходов на оборудование и регулирование.
Задача настоящего изобретения состоит в создании соответствующего рассмотренному типу способа охлаждения одно- или многокомпонентного потока, который, в частности, пригоден для сжижения обогащенного углеводородами потока и который требует меньших затрат на оборудование и/или регулирование.
Для решения этой задачи предложен соответствующий рассмотренному типу способ охлаждения одно- или многокомпонентного потока, который отличается тем, что высококипящую фракцию смеси охлаждающего средства нагнетают до давления низкокипящей фракции охлаждающего средства и перед косвенным теплообменом или непосредственно в его начале объединяют с низкокипящей фракцией смеси охлаждающего средства.
В результате предусмотренного согласно изобретению объединения высококипящей, а также низкокипящей фракции смеси охлаждающего средства снижаются затраты на оборудование и регулирование. Однако при этом не происходит возрастание энергопотребления циркуляционным контуром смеси охлаждающего средства. Дополнительные капиталовложения, а также эксплуатационные затраты обусловливаются дополнительно предусматриваемым насосом, с помощью которого высококипящую фракцию смеси охлаждающего средства нагнетают до давления низкокипящей фракции смеси охлаждающего средства.
Дополнительные предпочтительные варианты исполнения соответствующего изобретению способа охлаждения одно- или многокомпонентного потока, которые представляют предмет зависимых пунктов патентной формулы, отличаются тем, что
- нагнетание высококипящей фракции смеси охлаждающего средства проводят в одну или несколько ступеней, и
- объединение или, соответственно, смешение высококипящей и низкокипящей фракций смеси охлаждающего средства выполняют в специально для этого сформированной области теплообменника.
Соответствующий изобретению способ охлаждения одно- или многокомпонентного потока, а также дополнительные предпочтительные варианты исполнения его далее будут более подробно разъяснены с помощью примера исполнения, представленного на единственном фигуре 1.
На фигуре 1 показан способ охлаждения и сжижения обогащенной углеводородами азотсодержащей сырьевой фракции, при котором процесс сжижения включает получение высококонцентрированной азотной фракции. Подобный способ, например, представляет собой предмет неопубликованной заявки DE-А 102009038458. Цитированием этого документа его содержание полностью включено в раскрытие настоящей заявки.
е
Через трубопровод 100 обогащенную углеводородами азотсодержащую сырьевую фракцию сначала направляют в необязательно предусмотренное сушильное устройство А и затем по трубопроводу 101 в теплообменник Е1. В нем сырьевая фракция сжижается и переохлаждается посредством описываемых ниже технологических потоков. По трубопроводу 102, в котором предусмотрен редукционный клапан d, переохлажденную сырьевую фракцию подают в разделительную колонну Т1. Из ее отстойника через трубопровод 106 обогащенную углеводородами азотсодержащую фракцию выводят и охлаждают в теплообменнике Е4. После расширения в вентиле  эту фракцию по участкам 107 и 108 трубопровода направляют в сепаратор D1. Из донной части этого сепаратора по трубопроводу 109 выводят жидкостную фракцию LNG-продукта и направляют в резервуар L для хранения LNG (сжиженного природного газа).
Из головной части разделительной колонны Т1 по трубопроводу 104 выводят высококонцентрированную азотную фракцию; содержание азота в ней обычно составляет между 90 и 100 объемных процентов. Эту азотную фракцию подогревают в теплообменниках Е4 и Е1 с помощью охлаждаемых технологических потоков и затем выводят из процесса по трубопроводу 105.
Для проведения протекающего в разделительной колонне Т1 процесса разделения через трубопровод 103 выводят боковую фракцию, охлаждают в теплообменнике Е4 и вводят в разделительную колонну Т1 в качестве флегмы.
Из головной части сепаратора D1 по трубопроводу 112 выводят обогащенную азотом фракцию. С использованием трубопровода 110, ее смешивают с парами, выделившимися в резервуаре L для хранения LNG из сжиженного природного газа, сжатыми с помощью компрессоре С2. Этот поток по трубопроводу 113 пропускают через теплообменник Е1 и подогревают посредством охлаждаемых технологических потоков. Нагретый поток по трубопроводу 114 направляют в компрессорный узел С1, предпочтительно скомпонованный как многоступенчатый, в котором сжимают до желательного давления сжижения и затем по трубопроводу 115 примешивают к сырьевой фракции 100. Насколько это необходимо или необязательно, может быть предусмотрено аминное промывное устройство A' (для удаления кислотных газов).
Вышеописанный способ в особенности пригоден для применения, когда концентрация азота в конечном продукте LNG должна быть ограничена уровнем 1% по объему. Иначе в случае более высокой концентрации азота это может обусловить внутри резервуара для хранения LNG нежелательные и опасные расслоения вследствие различающихся плотностей.
Скомпонованный согласно изобретению циркуляционный контур 1-9 смеси охлаждающего средства включает двухступенчатый компрессорный узел С11, размещенный выше по потоку относительно этого компрессорного узла сепаратор D10, а также два сепаратора D11 и D12, размещенных ниже по потоку относительно этих обеих компрессорных ступеней. Кроме того, в отличие от способа, описанного в патентном документе DE-С 19722490, предусмотрен скомпонованный как одно- или многоступенчатый насос или, соответственно, насосный узел Р11.
Смесь охлаждающего средства, испаренную в теплообменнике Е1 с помощью сжижаемого сырьевого потока 101, по трубопроводу 1 направляют в вышеуказанный сепаратор D10. Газовую фазу, выводимую из головной части этого сепаратора по трубопроводу 2, вводят в первую компрессорную ступень компрессорного узла С11, с ее помощью сжимают до желательного промежуточного давления. По трубопроводу 3 сжатую смесь охлаждающего средства после прохода через дополнительное охлаждающее устройство Е11 вводят в сепаратор D11. Из его отстойника по трубопроводу 5 выводят высококипящую фракцию смеси охлаждающего средства и с помощью насоса или, соответственно, насосного узла Р11 нагнетают до давления еще описываемой газообразной низкокипящей фракции охлаждающей смеси. По трубопроводу 5', в котором размещают регулировочный вентиль b, эту жидкостную фракцию направляют на вход теплообменника Е1.
Газовую фазу, выведенную из сепаратора D11 через трубопровод 4, направляют во вторую компрессорную ступень компрессорного узла 11 и с ее помощью сжимают до желательного конечного давления в циркуляционном контуре смеси охлаждающего средства. По трубопроводу 6 сжатую смесь охлаждающего средства после прохода через дополнительное охлаждающее устройство Е12 вводят в сепаратор D12. Образовавшуюся в отстойнике сепаратора жидкостную фракцию по трубопроводу 7, в котором размещают регулировочный вентиль с, возвращают на вход сепаратора D11. Из головной части сепаратора D12 по трубопроводу 8 выводят низкокипящую, сжатую до желательного конечного давления газообразную фракцию смеси охлаждающего средства, и тоже возвращают в теплообменник Е1.
Согласно изобретению жидкостные, а также газообразные фракции смеси охлаждающего средства 5' и 8 объединяют до или непосредственно в самом начале теплообмена, происходящего в теплообменнике Е1, и вводят в теплообменник Е1 в виде двухфазного потока. Двухфазная смесь охлаждающего средства охлаждается в теплообменнике Е1 под давлением и при этом полностью сжижается. На холодном конце теплообменника Е1 смесь охлаждающего средства выходит по трубопроводу 9, расширяется в вентиле а и затем при новом проходе через теплообменник Е1 полностью испаряется.
В отличие от способа, описанного в патентном документе DE-С 19722490, в соответствующем изобретению способе невозможно никакое целенаправленное воздействие на температурный профиль в теплообменнике Е1. Поскольку это в многочисленных ситуациях применения не требуется, соответствующий изобретению способ, который имеет результатом небольшие затраты на оборудование и регулирование, может быть преимущественным в многочисленных вариантах применения.