УСТАНОВКА СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА И СПОСОБ ЕЕ РАБОТЫ (ВАРИАНТЫ)
INSTALLATION FOR NATURAL GAS LIQUEFACTION AND METHOD FOR OPERATION THEREOF (OPTIONS)

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для получения сжиженного природного газа (СПГ) на газораспределительных станциях (ГРС) за счет использования перепада давления между магистральным и распределительным трубопроводами.
Известен способ производства сжиженного природного газа и комплекс для его реализации [RU 2541360, опубл. 10.02.2015 г., МПК F25J 1/00], который включает соединенную с магистралью ГРС входную линию природного газа с фильтром-пылеуловителем, входным счетчиком газа, блоком осушки, фильтром для очистки от частиц адсорбента, линию для утилизации тепла с теплообменником и регулятором давления, струйный компрессор, счетчик газа на выходе, блок очистки газа от углекислоты с фильтром, а также предварительный теплообменник, детандер-компрессорный агрегат со вспомогательными системами, основной теплообменник, дроссель, сепаратор с клапаном и хранилище для СПГ с криогенным насосом.
Недостатком известного комплекса является низкий выход СПГ из-за нерационального расходования энергии редуцирования технологического потока газа для его предварительного сжатия, а также низкое качество СПГ из-за отсутствия оборудования для очистки газа от тяжелых углеводородов.
Наиболее близок к предлагаемому изобретению способ сжижения природного газа (варианты) и установка для его реализации (варианты) [RU 2438081, опубл. 27.12.2011 г., МПК F25J 1/00], в одном из вариантов включающая линию газа высокого давления, разделяющуюся на линию продукционного газа и линию технологического газа, которая оснащена блоком осушки, предварительным теплообменником и детандером, и соединена перед основным теплообменником с линией обратного газа, образуя линию газа низкого давления с предварительным и основным теплообменниками. Линия продукционного газа оснащена компрессором, кинематически связанным с детандером, блоками осушки и очистки, а также предварительным и основным теплообменниками, дроссельным вентилем (редуцирующим устройством) и сепаратором с линиями обратного газа и слива СПГ.
При работе вышеуказанной установки поток природного газа высокого давления разделяют на продукционный поток и технологический поток, который осушают, охлаждают потоком газа низкого давления, редуцируют с помощью детандера и смешивают с потоком обратного газа с образованием потока газа низкого давления, которым охлаждают продукционный поток в основном теплообменнике, затем технологический и продукционный потоки в предварительном теплообменнике, при этом продукционный поток сжимают за счет энергии детандерного редуцирования, осушают и очищают от углекислого газа, охлаждают потоком газа низкого давления и дросселируют (редуцируют) с образованием парожидкостной смеси, которую разделяют на СПГ и обратный поток газа, содержащий несконденсировавшиеся компоненты продукционного газа.
Недостатком данной установки и способа является низкий выход СПГ из-за отсутствия охлаждения продукционного потока после сжатия и из-за нерационального использования потенциала холода обратного потока газа при его смешении с технологическим потоком перед основным теплообменником.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение выхода СПГ.
Техническим результатом является увеличение выхода СПГ за счет вывода из системы тепла путем установки на линии продукционного газа теплообменников "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" и "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ", а также за счет рационального использования потенциала холода обратного потока газа путем соединения линии технологического газа с линией обратного газа после основного теплообменника.
Предложено два варианта установки и способа ее работы.
Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в известной установке, включающей блок осушки, линию газа высокого давления, разделяющуюся на линию продукционного газа и линию технологического газа, которая оснащена предварительным теплообменником и детандером, и соединяется с линией обратного газа, образуя линию газа низкого давления с предварительным теплообменником, а линия продукционного потока оснащена компрессором, связанным с детандером, блоком очистки, основным теплообменником, редуцирующим устройством и сепаратором с линиями обратного газа и слива СПГ, особенность заключается в том, что блок осушки расположен на линии газа высокого давления, на линии продукционного газа после компрессора установлен теплообменник "сжатый продукционный газ/газ низкого давления", а после блока очистки размещен теплообменник "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ", после которого линия технологического газа соединяется с линией обратного газа после основного теплообменника.
Второй вариант отличается тем, что линия газа высокого давления разделяется на линию продукционного газа и линию технологического газа после предварительного теплообменника.
Технический результат в первом варианте достигается также тем, что в известном способе, включающем разделение потока природного газа высокого давления на потоки технологического и продукционного газа, охлаждение потока осушенного технологического газа потоком газа низкого давления, редуцирование его с помощью детандера и смешение с обратным потоком газа с образованием потока газа низкого давления, которым охлаждают потоки технологического и продукционного газа, при этом поток осушенного продукционного газа очищают от углекислого газа, сжимают за счет энергии редуцирования потока технологического газа, охлаждают и затем редуцируют с образованием парожидкостной смеси, которую разделяют на СПГ и обратный поток газа, особенностью является то, что осушают поток газа высокого давления, поток продукционного газа после сжатия охлаждают потоком газа низкого давления, подаваемым после охлаждения им потока технологического газа, очищают от углекислого газа, охлаждают сначала потоком редуцированного технологического газа, а затем обратным потоком газа, которые после этого смешивают.
Второй вариант отличается тем, что поток осушенного газа высокого давления сначала охлаждают потоком газа низкого давления, а затем разделяют на технологический и продукционный потоки.
Детандер может быть связан с компрессором как кинематически, так и посредством электрогенератора с электродвигателем. Редуцирующее устройство может быть выполнено в виде дроссельного вентиля или детандера, который может быть оснащен электрогенератором или кинематически связан с компрессором. Блок очистки может включать узлы адсорбционной очистки от углекислого газа и тяжелых углеводородов. При необходимости теплообменник "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" может быть дополнен холодильником, например, аппаратом воздушного охлаждения, установленным параллельно или последовательно на линии продукционного газа. Исполнение трубопровода технологического газа между детандером и теплообменником "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" должно исключать возможность образования на стенках отложений твердого углекислого газа, например, за счет высокой скорости или турбулизации потока газа. Исполнение теплообменника "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" должно исключать возможность накопления отложений твердого углекислого газа на внутренних поверхностях, например, за счет двухсекционной конструкции с периодическим отключением секций по мере накопления отложений и их прогревом для испарения твердого углекислого газа. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.
Установка на линии продукционного газа теплообменника "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" для охлаждения потока сжатого продукционного газа позволяет вывести из системы тепло, за счет чего увеличить выход СПГ. Соединение линии технологического газа с линией обратного газа после охлаждения им потока продукционного газа позволяет охладить последний в основном теплообменнике до более низкой температуры, что дополнительно увеличивает выход СПГ.
Установка в обоих вариантах включает блоки осушки 1 и очистки 2, теплообменники: предварительный 3, основной 4, "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" 5 и "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" 6, детандер 7, компрессор 8, редуцирующее устройство 9 и сепаратор 10.
При работе первого варианта установки природный газ высокого давления, поступающий по линии 11, осушают в блоке 1 и разделяют на потоки продукционного газа и технологического газа, который по линии 12 подают на охлаждение в теплообменник 3, редуцируют с помощью детандера 7, нагревают в теплообменнике 6 и смешивают с обратным потоком газа, подаваемым по линии 13 из сепаратора 10 после нагрева в теплообменнике 4. Полученный газ низкого давления по линии 14 выводят потребителю после нагрева в теплообменниках 3 и 5. Продукционный газ по линии 15 подают на вход компрессора 8, а после сжатия по линии 16 направляют для охлаждения в теплообменник 5, очищают от углекислого газа и других тяжелых примесей в блоке 2, последовательно охлаждают в теплообменниках 6 и 4, редуцируют с помощью устройства 9 и разделяют в сепараторе 10 на обратный поток газа и СПГ, выводимый по линии 17.
Работа второго варианта отличается тем, что природный газ высокого давления после осушки в блоке 1 охлаждают в теплообменнике 3, а затем разделяют на потоки технологического газа и продукционного газа, после чего продукционный газ по линии 18 (показана пунктиром) подают на вход компрессора 8.
3
3
3
Работоспособность предлагаемых установок и способов их работы подтверждается следующим примером: 10000 нм/час природного газа состава (% об.): метан 98,66, этан 0,40, пропан 0,22, бутаны 0,07, азот 0,64, углекислый газ остальное, при давлении 2,5 МПа и 20°С подают на вход установки сжижения природного газа с дросселирующим вентилем в качестве редуцирующего устройства и теплообменниками со среднелогарифмическим температурным напором 5-7°С, и получают в первом варианте 10,0% масс. СПГ и 9008 нм/час газа низкого давления при 1,0 МПа, а во втором варианте - 9,6% масс. СПГ и 9057 нм/час газа низкого давления при 1,0 МПа. В аналогичных условиях в способе по прототипу получено 5,5% масс. СПГ.
Таким образом, предлагаемая установка позволяет увеличить выход СПГ и может найти применение в газовой промышленности.