СИСТЕМА ПАРООХЛАДИТЕЛЯ, СИСТЕМА КОМПРИМИРОВАНИЯ, ИСПОЛЬЗУЮЩАЯ ТАКУЮ СИСТЕМУ, И СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЖАТОЙ И ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ЧАСТИЧНО СКОНДЕНСИРОВАННОЙ СМЕСИ УГЛЕВОДОРОДОВ
DESUPERHEATER SYSTEM, COMPRESSION SYSTEM USING SUCH SYSTEM, AND METHOD OF PRODUCING COMPRESSED AND AT LEAST PARTIALLY CONDENSED MIXTURE OF HYDROCARBONS

Настоящее изобретение относится к системе пароохладителя, предназначенной для уменьшения перегрева сжатого парообразного выходящего потока. В соответствии с другими аспектами настоящее изобретение относится к системе компримирования, предназначенной для получения сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси углеводородов, и к способу получения сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси углеводородов.
Сжатую и по меньшей мере частично сконденсированную смесь углеводородов в большинстве случаев производят в холодильных циклах, в которых сжатую и по меньшей мере частично сконденсированную смесь углеводородов обычно подвергают расширению и приводят в косвенный теплообменный контакт с потоком продукта для отвода теплоты от указанного потока продукта. В таких случаях применения смесь углеводородов обычно именуется смешанным хладагентом (СХ) или смешанным составным хладагентом (ССХ).
Пример цикла с единственным смешанным хладагентом описан в патентном документе CN103216998A. Способ, описанный в этом примере, включает осуществление стадии сжатия в первой ступени компрессора и промежуточного охлаждения смешанного хладагента; последующий ввод хладагента во вторую и третью ступени для непрерывного сжатия; затем охлаждение смешанного хладагента, осуществляемое в две стадии, с образованием газовой фазы и жидкой фазы при охлаждении на последней стадии. Сепаратор на всасывании компрессора обеспечен на всасывающем впускном отверстии блока компрессоров. Противопомпажные линии обеспечены для рециркуляции части смешанного хладагента со сбитым перегревом из положения между охлаждением на первой стадии и охлаждением на последней стадии в сепаратор на всасывании компрессора.
Температура смешанного хладагента со сбитым перегревом между охлаждением на первой стадии и охлаждением на последней стадии находится в интервале от 65°С до 100°С, а температура газовой фазы и жидкой фазы после охлаждения на последней стадии составляет от 20°С до 50°С. Эти температуры регулируют с помощью регулирующего клапана, который регулирует расход охлаждающих потоков, которые поглощают теплоту в теплообменниках первой стадии охлаждения и последней стадии охлаждения.
Известные из документа CN103216998A система и способ не могут быть подходящими в том случае, если в качестве охлаждающего потока используют поток из окружающей среды, в частности, поток атмосферного воздуха. Потоки воды из внешних источников и потоки атмосферного воздуха, кроме того, подвержены относительно большим и непредсказуемым вариациям температуры и вариациям влажности (в случае воздуха). Следовательно, для гарантирования того, что смешанный хладагент со сбитым перегревом между первой стадией охлаждения и последней стадией охлаждения, является полностью парообразным, необходимо обеспечить относительно большую величину разности между целевойтемпературой смешанного хладагента со сбитым перегревом между первой стадией охлаждения и последней стадией охлаждения и точкой росы смешанного хладагента между первой стадией охлаждения и последней стадией охлаждения.
В одном аспекте настоящее изобретение обеспечивает систему пароохладителя, предназначенную для снижения перегрева сжатого парообразного выходящего потока, содержащую:
теплообменник-пароохладитель, выполненный с возможностью приведения по меньшей мере части сжатого парообразного выходящего потока в косвенный теплообменный контакт с потоком из окружающей среды в указанном теплообменнике-пароохладителе, обеспечивая тем самым передачу теплоты от сжатого парообразного выходящего потока к потоку из окружающей среды;
байпасную линию пароохладителя, снабженную регулируемым температурой клапаном, выполненным с возможностью избирательного байпасирования теплообменника-пароохладителя через указанный регулируемый температурой клапан, байпасной частью сжатого парообразного выходящего потока;
объединяющее устройство, расположенное ниже по ходу потока от теплообменника-пароохладителя, выполненное с возможностью объединения байпасной части потока с частью сжатого парообразного выходящего потока, прошедшей через теплообменник-пароохладитель, с образованием объединенного потока; и
смеситель, расположенный ниже по ходу потока от указанного объединяющего устройства, выполненный с возможностью приема и смешивания указанного объединенного потока, и выпуска объединенного потока в выходной трубопровод пароохладителя в виде потока углеводородов со сбитым перегревом.
Охарактеризованная выше система пароохладителя может быть использована в системе компримирования и/или способе получения сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси углеводородов.
Соответственно, в другом аспекте изобретение обеспечивает систему компримирования для получения сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси углеводородов, содержащую:
скруббер на всасывании компрессора, содержащий выпускное отверстие скруббера на всасывании, выполненное с возможностью выпуска подаваемого в компрессор парообразного потока из скруббера на всасывании компрессора;
блок из одного или большего числа последовательных компрессоров, содержащий всасывающее впускное отверстие, сообщающееся по текучей среде с выпускным отверстием скруббера на всасывании, и выпускное отверстие блока, при этом указанный компрессорный блок выполнен с возможностью сжатия подаваемого в компрессор парообразного потока из скруббера на всасывании компрессора до более высокого давления с получением сжатого парообразного выходящего потока у выпускного отверстия;
систему пароохладителя, выполненную с возможностью получения потока углеводородов со сбитым перегревом из сжатого парообразного выходящего потока, при этом указанная система пароохладителя содержит теплообменник-пароохладитель, сообщающийся по текучей среде с выпускным отверстием компрессорного блока;
конденсатор, выполненный с возможностью приема по меньшей мере части потока углеводородов со сбитым перегревом и дополнительного охлаждения указанной части потока углеводородов со сбитым перегревом за счет косвенного теплообмена с охлаждающим потоком, при этом указанная часть потока углеводородов со сбитым перегревом по меньшей мере частично конденсируется с образованием сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси углеводородов;
выпускной трубопровод пароохладителя, проходящий между системой пароохладителя и конденсатором и обеспечивающийсообщение по текучей среде между указанными системой пароохладителя и конденсатором;
линию противопомпажной рециркуляции компрессорного блока, проходящую между выпускным трубопроводом пароохладителя и впускным отверстием скруббера на всасывании компрессора, предназначенную для транспортирования рециркуляционного потока рециркуляционной части потока углеводородов со сбитым перегревом, с определенным расходом на рециркуляцию, от выпускного трубопровода пароохладителя к всасывающему впускному отверстию блока, образованного из одного или большего числа последовательных компрессоров, через скруббер на всасывании компрессора;
при этом указанная система пароохладителя выполнена с возможностью приведения по меньшей мере части сжатого парообразного выходящего потока в косвенный теплообменный контакт с потоком из окружающей среды в указанном теплообменнике-пароохладителе, обеспечивая тем самым передачу теплоты от сжатого парообразного выходящего потока к потоку из окружающей среды; система пароохладителя, кроме того, содержит байпасную линию пароохладителя, снабженную регулируемым температурой клапаном, выполненным с возможностью обеспечить избирательное байпасирование теплообменника-пароохладителя через указанный регулируемый температурой клапан байпасной частью сжатого парообразного выходящего потока; система пароохладителя также содержит объединяющее устройство, расположенное ниже по ходу потока от теплообменника-пароохладителя, выполненное с возможностью объединения байпасной части потока с частью сжатого парообразного выходящего потока, прошедшей через теплообменник-пароохладитель, с образованием объединенного потока; и смеситель, разделяющий объединяющее устройство и выпускной трубопровод пароохладителя, выполненный с возможностью приема и смешивания указанного объединенного потока, и выпуска объединенного потока в выпускной трубопровод пароохладителя в качестве указанного потока углеводородов со сбитым перегревом.
Предложенная система компримирования, по усмотрению, содержит клапан противопомпажной рециркуляции, обеспеченный на указанной линии противопомпажной рециркуляции компрессорного блока, предназначенный для регулирования расхода на рециркуляцию.
Регулирование расхода на рециркуляцию осуществляется для поддерживания расхода через блок из одного или большего числа последовательных компрессоров, для предотвращения помпажа в блоке из одного или большего числа последовательных компрессоров.
Настоящее изобретение, кроме того, обеспечивает способ получения сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси углеводородов, включающий:
выпуск подаваемого в компрессор парообразного потока из скруббера на всасывании компрессора;
cжатие подаваемого в компрессор парообразного потока в блоке из одного или большего числа последовательных компрессоров до более высокого давления с образованием при этом сжатого парообразного выходящего потока;
уменьшение перегрева сжатого парообразного выходящего потока в системе пароохладителя, содержащей теплообменник-пароохладитель, включающее приведение по меньшей мере части сжатого парообразного выходящего потока в косвенный теплообменный контакт с потоком из окружающей среды в теплообменнике-пароохладителе, что позволяет передавать теплоту от сжатого парообразного выходящего потока к потоку из окружающей среды;
избирательное байпасирование теплообменника-пароохладителя байпасной частью сжатого парообразного выходящего потока через регулируемый температурой клапан; объединение байпасной части потока с частью сжатого парообразного выходящего потока, прошедшей через теплообменник-пароохладитель, с образованием объединенного потока, и последующее пропускание объединенного потока через смеситель с получением в результате из сжатого парообразного выходящего потока углеводородов со сбитым перегревом;
пропускание по меньшей мере части потока углеводородов со сбитым перегревом из системы пароохладителя в конденсатор через выпускной трубопровод пароохладителя, и дополнительное охлаждение указанной части потока углеводородов со сбитым перегревом в указанном конденсаторе за счет косвенного теплообмена указанной части потока углеводородов со сбитым перегревом с охлаждающим потоком, при этом указанная часть потока углеводородов со сбитым перегревом по меньшей мере частично конденсируется с образованием сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси углеводородов;
отделение рециркуляционной части от потока углеводородов со сбитым перегревом в выпускном трубопроводе пароохладителя и обеспечениерециркуляционного потока из выпускного трубопровода пароохладителя в блок из одного или большего количества последовательных компрессоров.
По усмотрению, обеспечение рециркуляционного потока включает обеспечение рециркуляционного потока с определенным расходом на рециркуляцию из выпускного трубопровода пароохладителя в блок из одного или большего количества последовательных компрессоров, с прохождением через клапан противопомпажной рециркуляции и скруббер на всасывании компрессора, при этом регулирование расхода на рециркуляцию осуществляется с помощью указанного клапана противопомпажной рециркуляции.
Регулирование расхода на рециркуляцию осуществляется для поддерживания расхода через блок из одного или большего числа последовательных компрессоров, для предотвращения помпажа в блоке из одного или большего числа последовательных компрессоров.
Описанный выше способ включает технологическую стадию, связанную с газоочисткой в скруббере на всасывании компрессора. Выпуск подаваемого в компрессор парообразного потока из скруббера на всасывании компрессора, включает, таким образом, функционирование скруббера на всасывании компрессора, которое включает выпуск из скруббера на всасывании компрессора подаваемого в компрессор парообразного потока.
По усмотрению, способ дополнительно включает:
обеспечение смеси углеводородов в паровой фазе;
пропускание по меньшей мере некоторой части указанных углеводородов в паровой фазе в скруббер на всасывании компрессора;
расширение сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси углеводородов с образованием по меньшей мере одного охлаждающего потока;
пропускание указанного по меньшей мере одного охлаждающего потока через теплообменник;
косвенный теплообмен указанного по меньшей мере одного охлаждающего потока c потоком продукта, в процессе которого по меньшей мере один охлаждающий поток поглощает теплоту из потока продукта, и при этом в указанном по меньшей мере одном охлаждающем потоке происходит фазовый переход от жидкой фазы к паровой фазе;
выпуск указанного по меньшей мере одного охлаждающего потока в паровой фазе из теплообменника в виде указанной смеси углеводородов в паровой фазе.
Настоящее изобретение далее в описании будет иллюстрировано с помощью лишь примера его осуществления со ссылками на не ограничивающие чертежи.
Фиг. 1 – схематическое изображение системы пароохладителя в соответствии с одним воплощением изобретения.
Фиг. 2 - схематическое изображение системы компримирования для получения сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси углеводородов в соответствии с воплощениями настоящего изобретения, в которых используется система пароохладителя, представленная на фиг. 1.
Фиг. 3 – схематическое изображение системы охлаждения, предназначенной для охлаждения потока продукта, содержащей систему пароохладителя, представленную на фиг. 1, и систему компримирования, показанную на фиг. 2.
Фиг. 4 – схематическое изображение альтернативной системы охлаждения, предназначенной для охлаждения потока продукта, которая также содержит систему пароохладителя, представленную на фиг. 1, и систему компримирования, иллюстрируемую на фиг. 2.
Для целей настоящего описания единственный ссылочный номер позиции будет использован для линии, а также для потока, транспортируемого по этой линии. Аналогичные компоненты будут обозначены одинаковыми ссылочными номерами позиции. Специалисту в данной области техники будет понятно, что, несмотря на содержащееся в описании пояснение изобретения со ссылками на одну или большее число определенных комбинаций признаков и количественных величин, многие из этих признаков и количественных величин функционально не связаны с другими признаками и количественными величинами, вследствие чего они могут быть в равной степени или подобным образом применены независимо в других воплощениях или комбинациях.
Настоящее изобретение включает систему пароохладителя и способ для уменьшения перегрева сжатого парообразного выходящего потока. Система пароохладителя содержит теплообменник-пароохладитель для отвода от указанного сжатого парообразного выходящего потока избыточной теплоты, которая выделяется в процессе сжатия подаваемого в компрессор парообразного потока. В предложенной в настоящем изобретении системе пароохладителя температуру потока со сбитым перегревом, при его отводе из системы пароохладителя, регулируют за счет байпасирования теплообменника-пароохладителя байпасной частью сжатого парообразного выходящего потока, проходящей через регулируемый температурой клапан. Байпасная часть сжатого парообразного выходящего потока объединяется с частью потока, прошедшей через теплообменник-пароохладитель, и объединенный поток проходит через смеситель. Регулируемый по температуре байпас в комбинации со смесителем обеспечивает намного более полное непосредственное и совершенное регулирование температуры потока со сбитым перегревом, чем в случае известной в уровне техники системы из CN103216998A. Описанные выше средства способствуют тому, что поток со сбитым перегревом, выходящий из системы пароохладителя поддерживается при температуре, достаточного высокой для того, чтобы избежать образования конденсационных жидкостей. Смеситель обеспечивает равномерное поглощение теплоты из байпасной части потока в части сжатого парообразного выходящего потока, прошедшей через теплообменник-пароохладитель.
Благодаря описанным средствам интенсивность теплопередачи в теплообменнике-пароохладителе больше не является критическим параметром. Это облегчает использование потока из окружающей среды в качестве поглотителя тепла в теплообменнике-пароохладителе, учитывая, что фактическая температура потока из окружающей среды может в значительной степени варьировать в течение сезонов и круглосуточно (в течение 24 часов) каждый день.
Кроме того, использование предложенной системы пароохладителя позволяет поддерживать поток со сбитым перегревом в паровой фазе при температуре, которая намного ближе к температуре точки росы потока со сбитым перегревом, выходящего из системы пароохладителя.
Система пароохладителя может быть включена в состав системы охлаждения потока продукта, как это будет показано ниже.
На фиг. 1 показана система 1 пароохладителя, охарактеризованная выше, предназначенная для уменьшения перегрева сжатого парообразного выходящего потока 40. Система 1 пароохладителя содержит теплообменник-пароохладитель 170 и байпасную линию 50 пароохладителя. Система 1 пароохладителя выполнена с возможностью приведения по меньшей мере части 60 сжатого парообразного выходящего потока 40 в косвенный теплообменный контакт с потоком 65 из окружающей среды в теплообменнике-пароохладителе 170, что обеспечивает передачу теплоты от части 60 сжатого парообразного выходящего потока 40 к потоку 65 из окружающей среды. Байпасная линия 50 пароохладителя снабжена регулируемым температурой клапаном 52. Эта байпасная линия выполнена с возможностью избирательного байпасирования теплообменника-пароохладителя 170 через регулируемый температурой клапан 52 байпасной частью сжатого парообразного выходящего потока 40. Байпасная часть потока обычно образована остальной частью сжатого парообразного выходящего потока 40, которая не поступает в теплообменник-пароохладитель 170.
Система 1 пароохладителя, кроме того, содержит объединяющее устройство 220, которое расположено ниже по ходу потока от теплообменника-пароохладителя 170 и выполнено с возможностью объединения байпасной части потока с той частью сжатого парообразного выходящего потока, которая была пропущена через теплообменник-пароохладитель 170. Вместе эти два потока образуют объединенный поток 70. Помимо этого, ниже по ходу потока от объединяющего устройства 220 расположен смеситель 180, выполненный с возможностью приема и перемешивания объединенного потока 70 и отвода объединенного потока 70 в выпускной трубопровод 80 пароохладителя
Система 1 пароохладителя, кроме того, снабжена регулятором 56 температуры. Регулятор 56 температуры функционально связан с регулируемым температурой клапаном 52 для изменения степени открытия клапана в зависимости от температуры потока со сбитым перегревом в выпускном трубопроводе 80 пароохладителя. Регулятор 56 температуры запрограммирован для поддерживания температуры потока со сбитым перегревом в выпускном трубопроводе 80 пароохладителя выше температуры точки росы потока со сбитым перегревом в выпускном трубопроводе 80 пароохладителя.
Регулятор температуры предпочтительно запрограммирован для поддерживания температуры потока углеводородов со сбитым перегревом на величину в интервале от 1°С до 15°С выше температуры точки росы. Более предпочтительно регулятор температуры предпочтительно запрограммирован для поддерживания температуры потока углеводородов со сбитым перегревом выше температуры точки росы на величину в интервале от 1°С до 10°С. Наиболее предпочтительна целевая температура для регулятора температуры, составляющая приблизительно на 5°С выше указанной температуры точки росы.
Предпочтительно также регулировать интенсивность теплообмена в теплообменнике-пароохладителе 170. Для этого в теплообменнике-пароохладителе 170 можно регулировать расход потока 65 из окружающей среды с помощью регулятора 56 температуры, возможно, при взаимодействии с регулируемым температурой клапаном 52. В том случае, если поток 65 из окружающей среды представляет собой поток атмосферного воздуха, регулирование может осуществляться путем изменения числа оборотов воздуходувки 172, которая нагнетает поток окружающего воздуха через теплообменник-пароохладитель 170. Число оборотов воздуходувки 172 можно надлежащим образом изменять путем изменения числа оборотов двигателя 174, который приводит в действие воздуходувку 172. Однако предполагались альтернативы, включающие регулирование лопаток впуска воздуха.
Преимущество упомянутого смесителя 180 заключается в том, что если, возможно, непреднамеренно происходит некоторая конденсация в теплообменнике-пароохладителе 170, и из теплообменника-пароохладителя 170 выходят небольшие каплями или тумана из частиц жидкости, то смеситель содействует непосредственному теплообмену между байпасной частью потока и небольшими каплями или туманом из частиц жидкости, выходящими из теплообменника-пароохладителя 170, в результате чего они могут испаряться, прежде чем попадут в выпускной трубопровод 80 пароохладителя в качестве потока со сбитым перегревом. Смеситель, в подходящем случае, может быть выполнен в виде статического смесителя. Статические смесители как таковые известны в уровне техники, и обычно они содержат трубу, образующую путь прохождения для объединенного потока 70, с размещенными в этом пути прохождения статическими (стационарными) внутренними элементами, возмущающими поток. Преимущество статического смесителя в том, что он функционирует автономно, поскольку не содержит никаких движущихся частей. Примеры имеющихся на рынке смесителей для различных режимов течения описаны, например, в информационной брошюре “Mixing and Reaction Technology”, опубликованной компанией Sulzer Chemtech Ltd.
Система 1 пароохладителя может быть использована в ряде технологических процессов промышленного охлаждения для уменьшения перегрева сжатого парообразного выходящего потока. Обычно в таких технологических процессах промышленного охлаждения в контуре охлаждения циркулирует углеводородный хладагент. Сжатый парообразный выходящий поток 40 получают в таких контурах охлаждения путем сжатия подаваемого в компрессор парообразного потока в блоке из одного или большего числа последовательных компрессоров до более высокого давления. Процесс сжатия обычно сопровождается добавлением теплоты (энтальпии) к подаваемому в компрессор парообразному потоку, в результате чего полученный сжатый парообразный выходящий поток 40 обычно является перегретым более чем на 60°С выше температуры точки росы сжатого парообразного выходящего потока на выходе из последнего компрессора (или последней ступени компрессора) в составе блока из одного или большего числа последовательных компрессоров.
Фиг. 2 иллюстрирует один пример системы 2 компримирования, предназначенной для производства сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси углеводородов, которая может образовать часть вышеупомянутых технологических процессов промышленного охлаждения. Представленная на фигуре система 2компримирования содержит скруббер 160 на всасывании компрессора. Указанный скруббер 160 на всасывании компрессора содержит всасывающий барабан, снабженный по меньшей мере выпускным отверстием 166 скруббера на всасывании, способным отводить подаваемый в компрессор парообразный поток 30 из скруббера 160 на всасывании компрессора. Скруббер 160 на всасывании компрессора, кроме того, содержит впускное отверстие 162 скруббера на всасывании, которое обеспечено в указанном всасывающем барабане.
Выпускное отверстие 166 скруббера на всасывании компрессора непосредственного сообщается по текучей среде с блоком из одного или большего числа последовательных компрессоров. Этот блок из одного или большего числа последовательных компрессоров, показан на фиг. 2 в виде одного единственного компрессора 230, который может содержать одну или множество ступеней сжатия, по усмотрению, соединенных друг с другом через средства промежуточного охлаждения. Однако указанный блок одного или большего числа последовательных компрессоров может также содержать множество компрессоров, соединенных друг с другом последовательно и, по усмотрению, с использованием промежуточного охлаждения. Любое промежуточное охлаждение может включать дополнительные всасывающие барабаныдля того, чтобы никакие жидкие капли или частицы жидкости не могли проходить из промежуточного охладителя в следующий компрессор или ступень компрессора.
Независимо от числа используемых компрессоров или ступеней компрессора блок из одного или большего числа последующих компрессоров, содержит всасывающее впускное отверстие, сообщающееся по текучей среде с выпускным отверстием 166 для паров скруббера, а также выпускное отверстие 236 компрессорного блока.
Блок из одного или большего числа последовательных компрессоров выполнен с возможностью сжатия подаваемого в компрессор парообразного потока 30, поступающего из скруббера 160 на всасывании, до более высокого давления, с получением в результате сжатого парообразного выходящего потока 40 на выпускном отверстии 236. Выпускное отверстие 236 сообщается по текучей среде с системой 1 пароохладителя, описанной выше.
Система 1 пароохладителя сообщается по текучей среде с конденсатором 190 посредством выпускного трубопровода 80 пароохладителя, проходящего между системой 1 пароохладителя и конденсатором 190, в который поступает по меньшей мере часть 85 потока 80 углеводородов со сбитым перегревом. Конденсатор 190 выполнен с возможностью дополнительного охлаждения указанной части потока 80 углеводородов со сбитым перегревом за счет обеспечения косвенного теплообмена с охлаждающим потоком 165, и при этом указанная часть 85 потока 80 углеводородов со сбитым перегревом по меньшей мере частично конденсируется с образованием сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси 90 углеводородов. Предпочтительно интенсивность теплопередачи в конденсаторе 190 регулируют с помощью регулятора 196 температуры на по меньшей мере частично сконденсированной смеси 90 углеводородов. Для этого в конденсаторе 190 с помощью указанного регулятора 196 температуры можно регулировать расход потока из окружающей среды. В случае, если поток 165 из окружающей среды представляет собой поток атмосферного воздуха, это может быть осуществлено путем изменения числа оборотов воздуходувки 192, которая побуждает прохождение потока атмосферного воздуха через конденсатор 190. Число оборотов воздуходувки 192 можно надлежащим образом регулировать путем регулирования числа оборотов двигателя 194, который приводит в действие воздуходувку 192. Однако предусмотрены альтернативы, включая регулирование лопаток впуска воздуха.
В воплощениях, в которых как теплообменник-пароохладитель 170, так и конденсатор 190 выполнены в виде воздухоохлаждаемых теплообменников, теплообменник-пароохладитель может быть назван первым воздухоохлаждаемым теплообменником, охлаждаемым первым потоком атмосферного воздуха, в то время как конденсатор может быть назван вторым воздухоохлаждаемым теплообменником, охлаждаемым вторым потоком атмосферного воздуха.
Между выпускным трубопроводом 80 пароохладителя и впускным отверстием 162 скруббера на всасывании компрессора проходит линия противопомпажной рециркуляции компрессорного агрегата. С помощью этой линии рециркуляционный поток, состоящий из рециркуляционной части 120 потока углеводородов со сбитым перегревом, с определенным расходом на рециркуляцию, может быть транспортирован из указанного выпускного трубопровода 80 пароохладителя к всасывающему впускному отверстию блока из одного или большего числа последовательных компрессоров 230, через скруббер 160 на всасывании. На указанной линии противопомпажной рециркуляции компрессорного блока установлен клапан 250 противопомпажной рециркуляции, предназначенный для регулирования расхода на рециркуляцию.
По усмотрению, на указанной линии противопомпажной рециркуляции компрессорного блока в дополнение к клапану 250 противопомпажной рециркуляции установлен барабан-сепаратор 210 противопомпажной рециркуляции. Используемый по усмотрению барабан-сепаратор 210 противопомпажной рециркуляции устанавливают для отделения и удаления жидких компонентов из рециркуляционной части 120 потока углеводородов со сбитым перегревом через выпускное отверстие 218 отвода жидкости в трубопровод 140 отвода жидкости. В трубопроводе 140 отвода жидкости может быть установлен клапан 240 регулирования отвода, предназначенный для регулирования расхода подлежащих отводу жидких компонентов. Предпочтительно клапан 240 регулирования отвода жидкости регулируется с помощью регулятора 246 уровня для поддерживания уровня жидких компонентов, которые накоплены в барабане-сепараторе 210 противопомпажной рециркуляции, в пределах предварительно заданного интервала. Выпускное отверстие 216 для рециркулирующей паровой фазы используемого по усмотрению барабана-сепаратора 210 противопомпажной рециркуляции сообщается по текучей среде со скруббером 160 на всасывании компрессора через клапан 250 противопомпажной рециркуляции и, подходящим образом, через впускное отверстие 162 скруббера на всасывании компрессора, что позволяет парообразным компонентам рециркуляционной части 120 потока перемещаться вдоль линии противопомпажной рециркуляции компрессорного блока и достигать впускного отверстия 162 скруббера на всасывании компрессора.
Впускное отверстие 162 скруббера на всасывании может быть непосредственно соединено с источником подаваемых паров посредством подающей линии 10, для подачи смеси углеводородов в паровой фазе в скруббер 160 на всасывании. Однако предпочтительно подающая линия 10 отделена от впускного отверстия 162 скруббера на всасывании размещенным между ними дополнительным скруббером 150 подачи. В случае использования такой скруббер150 может содержать барабан, снабженный по меньшей мере впускным отверстием 152 скруббера подачи, соединенным с подающей линией 10, и
выпускное отверстие 156 для паров скруббера подачи. Источник подаваемых паров может быть, таким образом, соединен с указанным барабаном подачи через впускное отверстие 152 скруббера подачи. Выпускное отверстие 156 для паров скруббера подачи подходящим образом соединено с впускным отверстием 162 скруббера на всасывании.
Если система 2 компримирования оборудована используемыми по усмотрению барабаном-сепаратором 210 противопомпажной рециркуляции и скруббером 150 подачи, выпускное отверстие 218 для отвода жидкости барабана-сепаратора 210 противопомпажной рециркуляции сообщается по текучей среде, через трубопровод 140 отвода жидкой фазы, со скруббером 150 подачи. Жидкие компоненты, отведенные из рециркуляционной части потока углеводородов со сбитым перегревом, направляются затем в скруббер подачи. Эти жидкие компоненты смешиваются со смесью углеводородов, находящихся в паровой фазе, и вновь испаряются при прямом теплообмене со смесью углеводородов, находящихся в паровой фазе. В таких воплощениях барабан подачи предпочтительно снабжен впускным отверстием 154 для рециркуляционной жидкости в качестве отдельного впускного отверстия в дополнение к впускному отверстию 152 скруббера подачи, при этом трубопровод для отвода жидкости сообщает по текучей среде выпускное отверстие для отвода жидкости барабана-сепаратора 210 противопомпажной рециркуляции с барабаном подачи через указанное впускное отверстие 154 для рециркуляционной жидкости. Впускное отверстие 154 для рециркуляционной жидкости расположено в направлении силы тяжести ниже, чем впускное отверстие 152 скруббера подачи.
Независимо от того, используется или не используется необязательный скруббер 150 подачи, система компримирования 2 может быть включена в систему охлаждения. В такой системе охлаждения подающая линия 10, в конечном счете, питается сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смесью 90 углеводородов. Фиг. 3 и 4 схематически иллюстрируют два примера. В обоих примерах источник подаваемых паров содержит систему 3 расширения. Система 3 расширения выполнена с возможностью приема сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси 90 углеводородов из конденсатора 190, который входит в состав системы 2 компримирования, и способна обеспечить расширение сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси углеводородов с получением в результате по меньшей мере одного охлаждающего потока.
В примере, иллюстрируемом на фиг. 3, система 3 расширения содержит расширительное устройство 35. Это расширительное устройство 35 показано, для упрощения понимания, в виде клапана Джоуля-Томпсона, но может быть реализовано в любом подходящем исполнении. Например, расширительное устройство 35 может представлять собой расширительную турбину (детандер), вместо упомянутого клапана Джоуля-Томпсона, или в комбинации с этим клапаном.
Источник подаваемых пазов, кроме того, содержит криогенный теплообменник 300. Система 3 расширения по усмотрению отделена от системы 2 компримирования с помощью криогенного теплообменника 300, выполненного с возможностью дополнительно охлаждать сжатую и по меньшей мере частично сконденсированную смесь углеводородов прежде, чем она будет подвергнута расширению. Однако это не является обязательным условием. Криогенный теплообменник 300 установлен для приема по меньшей мере одного охлаждающего потока (потока 95 на фиг. 3) и выполнен с возможностью пропускания через него указанного по меньшей мере одного охлаждающего потока. Кроме того, обеспечивается возможность прохождения через криогенный теплообменник 300 потока 400 продукта, который обменивается теплотой при косвенном контакте с указанным по меньшей мере одним охлаждающим потоком 95. Указанный по меньшей мере один охлаждающий поток 95 поглощает из потока 400 продукта теплоту во время косвенного теплообмена, при котором происходит фазовый переход в указанном по меньшей мере одном охлаждающем потоке 95 от жидкой фазы к паровой фазе. Выходной трубопровод 310, проходящий от криогенного теплообменника 300, сообщает по текучей среде криогенный теплообменник 300 с подающей линией 10. Это завершает источник подаваемых паров.
Подающая линия 10, как отмечено выше, соединена с системой 2 компримирования, по усмотрению, через скруббер 150 подачи.
В примере, иллюстрируемом на фиг.4, система 2 компримирования для производства сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси углеводородов соединена с газожидкостным сепаратором 200, с помощью которого по меньшей мере частично сконденсированная смесь углеводородов разделяется на фазы, а именно, на жидкую смесь 100 углеводородов и парообразную смесь 110 углеводородов. Газожидкостный сепаратор 200 может быть оборудован внутренними элементами, способствующими разделению фаз, включающими впускное распределительное устройство 202 и каплеуловитель204. Такая система охлаждения является подходящей в том случае, если по меньшей мере частично сконденсированная смесь углеводородов частично и не полностью сконденсирована. Если по меньшей мере частично сконденсированная смесь углеводородов полностью сконденсирована, то упомянутый газожидкостный сепаратор 200 не является необходимым, как это показано на фиг. 3.
Расширительная система 3 на фиг. 4 содержит два расширительных устройства 35а и 35b. Подобно описанному выше расширительному устройству 35, каждое из устройств 35а и 35b может быть реализовано посредством любого подходящего воплощения. Расширительная система 3 на фиг. 4 принимает сжатый и по меньшей мере частично сконденсированный поток углеводородов из конденсатора в виде двух разделенных на фазы потоков, соответствующих жидкой смеси 100 углеводородов и парообразной смеси 110 углеводородов. Результирующий охлаждающий поток первоначально содержит поток 105 расширенной тяжелой фракции хладагента и поток 115 расширенной легкой фракции хладагента. Криогенный теплообменник 300 установлен для приема потока 105 расширенной тяжелой фракции хладагента и потока 115 расширенной легкой фракции хладагента, которые вновь объединяются в криогенном теплообменнике 300.
Расширительная система 3, показанная в примере на фиг. 4, отделена от системы 2 компримирования посредством криогенного теплообменника 300. При этом указанный криогенный теплообменник 300 выполнен с возможностью дополнительного охлаждения сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси углеводородов прежде, чем она будет подвергнута расширению. С помощью этого теплообменника жидкая смесь 100 углеводородов может быть переохлаждена за счет отвода теплоты к охлаждающему потоку, который проходит от расширительной системы 3 через криогенный теплообменник 300 к выпускному трубопроводу 310. Подобным образом, парообразная смесь 110 углеводородов может быть сконденсирована и после этого переохлаждена за счет отвода теплоты к охлаждающему потоку, который проходит от расширительной системы 3 через криогенный теплообменник 300 к выпускному трубопроводу 310.
Независимо от типа используемой системы охлаждения поток 400 продукта может быть углеводородным потоком, содержащим по меньшей мере 80 мол.% метана.
При функционировании система 2 компримирования может быть использована в способе получения сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси 90 углеводородов. Подаваемый в компрессор парообразный поток 30 выходит из указанного скруббера 160 на всасывании компрессора и подвергается сжатию до более высокого давления с образованием сжатого выходящего парообразного потока 40.
2
2
2
2
Подаваемый в компрессор парообразный поток 30 и сжатый парообразный выходящий поток 40 могут содержать смесь, образованную двумя или более веществами, выбранными из N, C1, C2, C3, C4, C5, где N означает азот, С1 – метан, С2 – этан и/или этилен, С3 – пропан и/или пропилен, С4 – изо-бутан и/или н-бутан, и С5 – один или более из пентанов, таких как изо-пентан и/или н-пентан. В одном воплощении от 20 до 80 мол.% от общего количества смеси включает С2 и/или С3, из которых по меньшей мере 10 мол.% приходится на С3 и по меньшей мере 20 мол.% включает одно или большее число веществ, выбранных из С1, С4 и С5. В другом воплощении от 20 до 60 мол.% общего количества смеси включает в свой состав С1 и/или С2, дополненные Nв количестве до 20 мол.% и по меньшей мере 20 мол.% вещества, выбранного из С3, С4 и С5. Во всех случаях общее количество N2, C1, C2, C3, C4 и C5 в смеси составляет по меньшей мере 98 мол.%, предпочтительно по меньшей мере 99 мол.% от общего количества смеси, при этом максимальное количество N составляет 20 мол.%. Давление сжатого парообразного выходящего потока 40 предпочтительно находится в интервале от 30 до 50 бар абсолютного давления.
Сжатый парообразный выходящий поток 40 затем подвергается уменьшению перегрева в системе 1 пароохладителя. В процессе снижения перегрева по меньшей мере часть 60 сжатого парообразного выходящего потока 40 приводится в косвенный теплообменный контакт с потоком 65 из окружающей среды, в теплообменнике-пароохладителе 170. В результате теплота передается от сжатого парообразного выходящего потока 40 потоку 65 из окружающей среды. Теплообменник-пароохладитель 170 избирательно байпасируется через регулируемый температурой клапан 52 байпасной частью 50 сжатого парообразного выходящего потока 40. Байпасная часть 50 соединяется с частью 60 сжатого парообразного выходящего потока 40, прошедшей через теплообменник-пароохладитель 170 с образованием объединенного потока 70. Объединенный поток 70 после этого проходит через смеситель 180. В результате из сжатого парообразного выходящего потока 40 образуется поток 80 углеводородов со сбитым перегревом.
Поток 80 углеводородов со сбитым перегревом или по меньшей мере его часть транспортируется из системы 1 пароохладителя в конденсатор 190 через выпускной трубопровод 80 пароохладителя. Часть потока углеводородов со сбитым перегревом в конденсаторе 190 дополнительно охлаждают путем косвенного теплообмена указанной части потока углеводородов со сбитым перегревом с охлаждающим потоком 165. В процессе дополнительного охлаждения указанная часть потока углеводородов со сбитым перегревом по меньшей мере частично конденсируется с образованием сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси 90 углеводородов. Как отмечено выше, поток углеводородов со сбитым перегревом может быть полностью сконденсирован или частично сконденсирован в конденсаторе 190.
От потока 80 углеводородов со сбитым перегревом, проходящего через выпускной трубопровод пароохладителя, может быть отделена рециркуляционная часть 120 для обеспечения рециркуляционного потока, с определенным расходом на рециркуляцию, отводимого от выпускного трубопровода 80 пароохладителя и направляемого в блок из одного или большего числа последовательных компрессоров. Рециркуляционный поток проходит через клапан 250 противопомпажной рециркуляции и скруббер 160 на всасывании компрессора. Расход на рециркуляцию регулируют с помощью указанного клапана 250 противопомпажной рециркуляции. Обычно расход на рециркуляцию устанавливаюттаким, чтобы предотвратить помпаж в блоке из одного или большего числа последовательных компрессоров, за счет обеспечения достаточного расхода через блок из одного или большего числа последовательных компрессоров.
Это может быть осуществлено, например, с помощью известных методов контроля помпажа, таких как измерение расхода через блок из одного или большего числа последовательных компрессоров, непрерывный контроль работы указанного блока из одного или большего числа последовательных компрессоров и регулирование расхода на рециркуляцию в зависимости от полученных данных.
Регулируемый температурой клапан 52 предпочтительно регулируется в зависимости от температуры указанного потока углеводородов со сбитым перегревом в выпускном трубопроводе 80 пароохладителя. Предпочтительно температуру потока 80 углеводородов со сбитым перегревом поддерживают выше температуры точки росы потока паров углеводородов со сбитым перегревом в выпускном трубопроводе 80 пароохладителя. При этом температура точки росы зависит от состава потока углеводородов со сбитым перегревом и давления в выпускном трубопроводе 80 пароохладителя. Температуру потока углеводородов со сбитым перегревом предпочтительно поддерживают выше температуры точки росы на величину в интервале от 1°С до 15°С, более предпочтительно на величину от 1°С до 10°С выше температуры точки росы. При необходимости может быть применен больший запас надежности, при котором температуру потока углеводородов со сбитым перегревом поддерживают по меньшей мере на 2 или 3°С выше температуры точки росы, вместо лишь 1°С. Представляется, что оптимальная температура паров углеводородов со сбитым перегревом выше температуры точки росы на 5°С (или приблизительно на 5°С). Понятно, что температура, которая приблизительно на 5°С выше температуры точки росы, включает температуры, превышающие температуру точки росы на величину от 3 до 7°С.
Описанный выше способ предпочтительно осуществляется в условиях окружающего атмосферного воздуха, имеющего фактическую температуру. Поток из окружающей среды может представлять собой поток атмосферного воздуха при фактической температуре.
Охлаждающий поток 165 в конденсаторе 190 может представлять собой охлажденный поток при температуре ниже фактической температуры, или второй поток атмосферного воздуха при фактической температуре. Перепад температуры в конденсаторе 190, между температурой охлаждающего потока 165 и температурой сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси 90 углеводородов, составляет предпочтительно от 1°С до 10°С. Предпочтительно указанный перепад температуры находится в интервале от 3°С до 10°С, более предпочтительно в интервале от 3°С до 7°С. Типичный оптимальный перепад температуры в конденсаторе 190 составляет 5°С.
В одном примере, осуществленном путем моделирования технологического процесса с помощью программного обеспечения UniSim (TM), разработанного фирмой Honeywell, с использованием описанного выше способа была получена сжатая и по меньшей мере частично сконденсированная смесь 90 углеводородов. Подаваемый в компрессор парообразный поток 30 имел следующий состав:
Компоненты
мол.%
N<sub>2</sub>
10,0
C1
25,0
C2
36,0
C3
12,0
C4
0,00
C5
17,0
Полученная сжатая и по меньшей мере частично сконденсированная смесь 90 углеводородов, после сжатия, уменьшения перегрева и частичной конденсации в результате теплообмена с воздушным потоком, фактическая температура которого составляла 40°С, имела температуру 45°С и давление 38,3 бара абсолютных. Для паровой фазы молярная доля и средняя молярная масса составляли 0,76 и 28,67 г, соответственно; для жидкой фазы молярная доля и средняя молярная масса составляли 0,24 и 52,84 г, соответственно. Такая полученная сжатая и по меньшей мере частично сконденсированная смесь 90 углеводородов была предназначена для использования в качестве хладагента в технологическом процессе с единственным смешанным хладагентом для сжижения потока продукта, представляющего собой природный газ.
Описанный выше способ может образовать часть способа охлаждения потока продукта. В этом способе охлаждения из сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси 90 углеводородов получают смесь углеводородов в паровой фазе и направляют в скруббер 160 на всасывании компрессора. При этом сжатую и по меньшей мере частично сконденсированную смесь 90 углеводородов подвергают расширению с образованием при этом по меньшей мере одного охлаждающего потока, к примеру (но не в качестве ограничения), охлаждающего потока 95 на фиг. 3 или расширенного потока 105 тяжелой фракции хладагента и расширенного потока 115 легкой фракции хладагента на фиг. 4.
Независимо от конкретной природы по меньшей мере одного охлаждающего потока, указанный по меньшей мере один охлаждающий поток затем пропускают через криогенный теплообменник 300, в котором осуществляется косвенный теплообмен этого охлаждающего потока с потоком продукта. В процессе косвенного теплообмена указанный по меньшей мере один охлаждающий поток поглощает теплоту из потока 400 продукта, при этом в указанном по меньшей мере одном охлаждающем потоке происходит фазовый переход от жидкой фазы к паровой фазе. Поток 400 продукта, таким образом, охлаждается и выходит из криогенного теплообменника 300 в виде потока 450 охлажденного продукта. По усмотрению, теплота от сжатой и по меньшей мере частично сконденсированной смеси 90 углеводородов одновременно поглощается с помощью по меньшей мере одного охлаждающего потока.
Указанный по меньшей мере один охлаждающий поток выходит из криогенного теплообменника 300 в виде парообразной смеси углеводородов.
Поток продукта может представлять собой углеводородный поток, который по меньшей мере на 80 мол.% состоит из метана. Примеры такого углеводородного потока включают природный газ, трубопроводный газ из газораспределительной системы, а также синтетический газ.
Независимо от конкретной природы потока 400 продукта во время или после проведения указанного косвенного теплообмена по меньшей мере одного охлаждающего потока с потоком 400 продукта, этот поток продукта может быть сконденсирован с образованием потока сжиженного углеводородного продукта. Указанный поток сжиженного углеводородного продукта может представлять собой поток сжиженного природного газа.
Хотя на фигурах не показано, ниже по потоку от криогенного теплообменника 300 в потоке 450 охлажденного продукта может быть размещена система снижения давления газа, которая сообщается с криогенным теплообменником по текучей среде и предназначена для приема потока 450 охлажденного продукта и снижения его давления. Ниже по потоку от системы снижения давления газа может быть размещен сообщающийся с ней по текучей среде концевой сепаратор мгновенного испарения, в который поступает охлажденный поток продукта из системы снижения давления. Указанная система снижения давления может содержать динамическое устройство, такое как расширительная турбина (детандер), статическое устройство, такое как клапан Джоуля-Томсона, или их комбинацию. В случае использования расширительной турбины она по усмотрению может быть соединена с возможностью передачи приводного усилия с электрогенератором. Множество конфигураций возможны и известны специалисту в данной области техники.
С помощью указанных технических средств можно пропускать поток 400 продукта через криогенный теплообменник 300 в сжатом состоянии, например, при давлении в интервале от 30 до 120 бар абсолютных или в интервале от 30 до 80 бар абсолютных, накапливая в то же время какую-либо сжиженную часть охлажденного потока продукта при по существу атмосферном давлении, в частности, при давлении от 1 до 2 бар абсолютных.
В зависимости от требований, предъявляемых к разделению, концевой сепаратор мгновенного испарения может быть выполнен в виде простого барабана, который отделяет паровую фазу от жидкой в единственной равновесной ступени, или в виде более сложного аппарата, такого как дистилляционная колонна. Не ограничивающие примеры возможных выполнений такого сепаратора описаны в патентных документах US5421165, US5893274, US6014869, US6105391 и в опубликованной заявке US2008/0066492. В некоторых их этих примеров более сложный аппарат соединен с ребойлером, при этом охлажденный поток 450 продукта, перед расширением в упомянутой системе снижения давления, направляют для прохождения через ребойлер с теплообменом при косвенном контакте с потоком повторного кипячения, выходящим из аппарата, где охлажденный поток 450 продукта отдает тепло потоку повторного кипячения.
Специалисту в данной области техники будет понятно, что настоящее изобретение можно осуществить многими различными путями без выхода за пределы объема приложенных пунктов формулы изобретения.