СПОСОБ И СИСТЕМА ДЛЯ СЖИЖЕНИЯ НЕСКОЛЬКИХ СЫРЬЕВЫХ ПОТОКОВ
METHOD AND SYSTEM FOR LIQUEFACTION OF MULTIPLE FEED STREAMS

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
[1]
Способы сжижения углеводородов известны в данной области техники. Зачастую установки для сжижения углеводородов предназначены для сжижения определенного углеводорода или смеси углеводородов в условиях конкретного вида сырья, например, природного газа или этана, при определенной температуре, давлении и составе сырья.
[2]
Может быть желательной работа установки для сжижения с использованием другого сырьевого потока, чем первоначально планировалось. Например, может быть желательным сжижать этилен на установке, первоначально предназначенной для сжижения этана. Следовательно, существует потребность в установках для сжижения углеводородов, которые могут эффективно сжижать различные сырьевые потоки.
[3]
Кроме того, желательно обеспечить такую гибкость, при этом обеспечивая одновременное сжижение нескольких сырьевых потоков, каждый из которых имеет различный состав, температуру и/или давление (далее «различные свойства сырья»). Независимо от природы сырьевых потоков, также желательно сжижать поступающие сырьевые потоки таким образом, чтобы каждый продукт хранился в резервуаре низкого давления (обычно менее 2 бар абсолютного давления и предпочтительно менее 1,5 бар абсолютного давления) и с небольшим количеством или отсутствием мгновенного испарения продукта (предпочтительно менее 10 моль % пара).
[4]
Один из вариантов сжижения нескольких сырьевых потоков, каждый из которых имеет разные свойства сырья, и хранения каждого продукта в резервуарах низкого давления, с минимальным количеством или отсутствием мгновенного испарения, требует, чтобы потоки продукта покидали основной криогенный теплообменник (MCHE) при разных температурах. Этот вариант является нежелательным, поскольку он повышает сложность MCHE, включая добавление боковых головок. Другой вариант подразумевает, что потоки продуктов выходят из MCHE при одной и той же температуре и переохлаждают поток наименее летучего продукта за пределами того, что требуется для хранения. Этот вариант потребует дополнительной мощности или может привести к коллапсу резервуара для продукта. Кроме того, наиболее летучий продукт может мгновенно испаряться, что приводит к потере продукта или необходимости повторного сжижения.
Из уровня техники известен ЕР 0153659, который является ближайшим аналогам к заявленному изобретению и раскрывает систему для производства сжиженного природного газа, в которой подаваемый природный газ сжижается и переохлаждается путем теплообмена с хладагентом в замкнутом цикле. Усовершенствование настоящего изобретения включает переохлаждение сжиженного природного газа до относительно более высокой температуры, снижение давления переохлажденного сжиженного природного газа и продувку природного газа в фазовом разделении в, по меньшей мере, две стадии, причем поток природного газа в газовой фазе извлекают сверх того, который необходим для топливной установки, и поток избыточного газообразного природного газа повторно сжимают и рециркулируют в исходный природный газ выше по потоку от сжижения и переохлаждения, чтобы сместить требования к сжатию от хладагента в замкнутом цикле к требованиям к сжатию газообразной фазы рециркулирующего потока природного газа.
Также из уровня техники известен RU 2443952, который относится к способу сжижения потока углеводородов, представляющего собой поток природного газа, содержащегося в сырьевом потоке, по меньшей мере, включающий следующие стадии: (a) обеспечение сырьевого потока; (b) прохождение сырьевого потока, по меньшей мере, через две ступени охлаждения с получением потока сжиженных углеводородов, при этом каждая ступень охлаждения содержит по меньшей мере один теплообменник, причем один из теплообменников включает первый контур хладагента с первым потоком хладагента, образованного из первого смешанного хладагента, а второй из указанных теплообменников включает второй контур хладагента со вторым потоком хладагента из второго смешанного хладагента; (c) разделение первого потока хладагента на первый поток легкого хладагента и первый поток тяжелого хладагента, и разделение второго потока хладагента на второй поток легкого хладагента и второй поток тяжелого хладагента;(d) расширение сжиженного потока углеводородов и разделение пара, выделившегося из сжиженного потока углеводородов, с получением потока сжиженного углеводородного продукта и газообразного потока; и (e)прохождение газообразного потока, первого потока легкого хладагента и второго потока легкого хладагента через конечный теплообменник для охлаждения первого и второго потоков легкого хладагентов указанным газообразным потоком.
[5]
Соответственно, существует потребность в установке и способе для сжижения углеводородов, дающих возможность сжижать несколько разных сырьевых потоков с минимальным мгновенным испарением продукта, которые можно адаптировать к изменению свойств сырьевых потоков и которые являются простыми, надежными и относительно недорогими с точки зрения строительства, обслуживания и работы.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ СУТИ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[6]
Данное Краткое описание приведено для знакомства в упрощенной форме с выбором понятий, которые дополнительно описаны в Подробном описании ниже. Данное Краткое описание не предназначено ни для определения ключевых признаков или существенных признаков заявленного объекта изобретения, ни для ограничения объема заявленного объекта изобретения.
[7]
Описанные варианты реализации изобретения, как описано ниже и как определено в нижеследующей формуле изобретения, включают в себя усовершенствования систем сжатия, используемых как часть способа сжижения природного газа. Предлагаемый способ и система сжижения углеводородов могут последовательно или одновременно обрабатывать несколько сырьевых потоков для сжижения таких потоков, имеющих разные свойства, с минимальным количеством или отсутствием мгновенного испарения (работа в параллельном режиме). Предлагаемый MCHE имеет отдельные контуры для обработки нескольких сырьевых потоков. Например, витой теплообменник (CWHE) имеет отдельные контуры для обработки различных углеводородов, таких как этан и этилен. Различные потоки выходят из холодного конца MCHE при по существу одинаковой температуре (т.е., разность температур не более 5 градусов C). Присутствуют обводные линии, соединяющие теплые потоки со сжиженными продуктами. Продукты хранятся в виде насыщенной жидкости в резервуарах низкого давления. Наиболее летучий продукт (т.е., продукт с наименьшей нормальной температурой кипения) переохлаждается в достаточной степени для того, чтобы подавить большую часть мгновенного испарения, за исключением того, что требуется для избавления от более летучих примесей. Менее летучие продукты (продукты с относительно высокой нормальной температурой кипения) охлаждают до по существу той же температуры, затем смешивают с теплыми или частично охлажденными сырьевыми потоками (которые называются обводными потоками) для поддержания каждого продукта вблизи его температуры образования пузырьков. Система также может сжижать один поток за раз, используя предназначенный для этой цели контур (при этом поток в другом контуре отсутствует) или путем распределения одного и того же сырьевого потока на несколько контуров с открытыми или закрытыми обводными (байпасными) клапанами, в зависимости от требуемых условий для продуктов.
[8]
Газ мгновенного испарения и/или отпарной газ (BOG) могут быть сжаты и рециркулированы на теплый конец MCHE в качестве другого способа контроля температуры продукта. Такая рециркуляция делает холодный конец MCHE теплее. Рециркуляция может также способствовать сохранению чистоты продукта или предотвращению образования парообразного продукта мгновенного испарения в системе сжижения. Это особенно желательно, если для приведения в действие компрессоров используются электродвигатели, поскольку двигатели не имеют потребности в топливе, которая могла бы быть удовлетворена за счет использования паров, образовавшихся при мгновенном испарении.
[9]
В некоторых вариантах реализации изобретения температура потока продукта MCHE может быть выбрана таким образом, чтобы удалять легкое загрязняющее вещество из одного из потоков продукта вместо охлаждения до температуры образования пузырьков при давлении в резервуаре. Такое удаление осуществляется путем охлаждения продукта до более высокой температуры, затем мгновенного испарения потока, о котором идет речь, в соответствующем резервуаре для продукта или барабане мгновенного испарения с целью удаления загрязняющего вещества с образовавшимся паром. В этом случае другие продукты могут быть нагреты до желаемой энтальпии путем смешивания с более теплым сырьевым потоком газа, в то время как другие, более летучие продукты могут быть обработаны путем рециркуляции полученного газа мгновенного испарения.
[10]
Для способа, в котором требуются три продукта, один дополнительный режим эксплуатации состоит в том, чтобы рециркулировать газ мгновенного испарения наиболее летучего продукта, создавая промежуточный испаритель в виде насыщенной жидкости (после снижения давления) и направляя наименее летучий продукт в обводную линию.
[11]
В данном документе описаны способы сжижения нескольких сырьевых потоков различного состава путем направления теплого сырьевого потока в обводную линию для достижения желаемой температуры, а также использования рециркуляции газа мгновенного испарения для более летучих продуктов. Дополнительно раскрыт гибкий основной обменник с несколькими контурами для сырья, вместе со средствами (клапанами и трубами) для распределения контуров для сырья в соответствии с различными источниками сырья и в зависимости от желаемых продуктов.
[12]
Ниже очерчены некоторые аспекты систем и способов.
[13]
Аспект 1: Способ охлаждения и сжижения по меньшей мере двух сырьевых потоков в витом теплообменнике, причем способ включает в себя:
(a) подачу по меньшей мере двух сырьевых потоков в теплый конец витого теплообменника, причем по меньшей мере два сырьевых потока включают в себя первый сырьевой поток с первой нормальной температурой образования пузырьков и второй сырьевой поток со второй нормальной температурой образования пузырьков, которая ниже первой нормальной температуры образования пузырьков;
(b) охлаждение путем непрямого теплообмена с хладагентом в витом теплообменнике по меньшей мере первой части каждого из первого сырьевого потока и второго сырьевого потока с получением по меньшей мере двух охлажденных сырьевых потоков, включающих в себя первый охлажденный сырьевой поток и второй охлажденный сырьевой поток;
(с) отведение по меньшей мере двух охлажденных сырьевых потоков из холодного конца витого теплообменника при по существу одинаковой температуре отведения,
(d) обеспечение по меньшей мере двух потоков продукта, причем каждый из по меньшей мере двух потоков продукта находится на выходе и гидравлически соединен по меньшей мере с одним из двух охлажденных сырьевых потоков, и, при этом, каждый из по меньшей мере двух потоков продукта поддерживается в заданном диапазоне температур потока продукта с заданной температурой потока продукта, притом, что по меньшей мере два потока продукта включают в себя первый поток продукта и второй поток продукта, а заданная температура потока продукта для первого потока продукта является первой заданной температурой потока продукта, и заданная температура потока продукта для второго потока продукта является второй заданной температурой потока продукта,
(e) отведение первого обводного потока из первого сырьевого потока перед холодным концом витого теплообменника; и
(f) получение первого потока продукта путем смешивания первого охлажденного сырьевого потока с первым обводным потоком, причем первая заданная температура потока продукта является более высокой, чем температура отведения первого охлажденного сырьевого потока.
[16]
Аспект 2: Способ по Аспекту 1, отличающийся тем, что каждый из по меньшей мере двух сырьевых потоков содержит углеводородную текучую среду.
[17]
Аспект 3: Способ по любому из Аспектов 1-2, отличающийся тем, что стадия (e) включает в себя:
(e) отведение первого обводного потока из первого сырьевого потока перед теплым концом витого теплообменника.
[18]
Аспект 4: Способ по любому из Аспектов 1-3, дополнительно включающий в себя:
(g) разделение фаз второго охлажденного сырьевого потока на второй поток пара, образующегося при мгновенном испарении, и второй поток продукта, причем заданная температура потока продукта для второго потока продукта ниже, чем температура отведения второго охлажденного сырьевого потока.
[19]
Аспект 5: Способ по Аспекту 4, дополнительно включающий в себя:
(h) сжатие и охлаждение второго потока пара, образующегося при мгновенном испарении, с получением сжатого второго потока газа мгновенного испарения; и
(i) смешивание сжатого второго потока пара, образующегося при мгновенном испарении, со вторым сырьевым потоком перед входом витого теплообменника.
[20]
Аспект 6: Способ по Аспекту 5, дополнительно включающий в себя:
(j) нагревание второго потока пара, образующегося при мгновенном испарении, путем непрямого теплообмена с первым обводным потоком.
[21]
Аспект 7: Способ по любому из Аспектов 1-6, дополнительно включающий в себя:
(k) хранение второго потока продукта во втором резервуаре для хранения при втором давлении в резервуаре;
причем заданная температура потока продукта для второго потока продукта представляет собой температуру, при которой не более 10 моль % второго потока продукта испаряется при втором давлении в резервуаре.
[22]
Аспект 8: Способ по любому из Аспектов 1-8, отличающийся тем, что по меньшей мере два сырьевых потока дополнительно включают в себя третий сырьевой поток, имеющий третью летучесть, которая выше первой летучести и ниже второй летучести, причем по меньшей мере два охлажденных сырьевых потока дополнительно включают в себя третий охлажденный сырьевой поток, и, при этом, по меньшей мере два потока продукта дополнительно включают в себя третий поток продукта.
[23]
Аспект 9: Способ по Аспекту 8, отличающийся тем, что стадия (d) дополнительно включает в себя обеспечение третьего потока продукта, имеющего заданную температуру потока продукта, которая является такой же, как температура отведения третьего охлажденного сырьевого потока.
[24]
Аспект 10: Способ по любому из Аспектов 1-9, дополнительно включающий в себя:
(1) отделение примесей от второго сырьевого потока на выходе второго охлажденного сырьевого потока в фазовом сепараторе с получением второго потока пара, содержащего примеси, и второго потока продукта.
[25]
Аспект 11: Способ по любому из Аспектов 1-10, отличающийся тем, что заданный диапазон температуры потока продукта для каждого из по меньшей мере двух потоков продукта составляет 4 градуса С.
[26]
Аспект 12: Способ, включающий в себя:
(a) обеспечение витого теплообменника, имеющего трубное пространство, содержащее множество контуров охлаждения;
(b) обеспечение множества контуров для сырья, причем каждый из множества контуров для сырья находится перед входом и избирательно гидравлически соединен по меньшей мере с одним из множества контуров охлаждения;
(c) обеспечение по меньшей мере одного обводного контура и обводного клапана для каждого из по меньшей мере одного обводного контура, причем каждый из по меньшей мере одного обводного контура имеет такую рабочую конфигурацию, чтобы часть углеводородной текучей среде, протекающей сквозь один из множества контуров для сырья, могла быть разделена перед входом холодного конца витого теплообменника и смешана с указанной углеводородной текучей средой на выходе указанного холодного конца витого теплообменника, и, при этом, обводной клапан для каждого из по меньшей мере одного обводного контура имеет такую рабочую конфигурацию, чтобы управлять долей углеводородной текучей среде, которую направляют в обход по меньшей мере части витого теплообменника;
(d) обеспечение множества контуров для продукта, причем каждый из множества контуров для продукта на выходе избирательно гидравлически соединен по меньшей мере с одним из множества контуров охлаждения;
(e) подача первой комбинации сырьевых потоков во множество трубопроводов для сырьевых потоков, причем первая комбинация сырьевых потоков содержит по меньшей мере одну углеводородную текучую среду, и, при этом, каждая из по меньшей мере одной углеводородной текучей среде имеет летучесть, отличную от получения каждой из других углеводородных текучих сред из по меньшей мере одной углеводородной текучей среде;
(f) охлаждение каждой из по меньшей мере одной углеводородной текучей среде первой комбинации сырьевых потоков по меньшей мере в одном из множества контуров охлаждения;
(g) отведение каждой из по меньшей мере одной углеводородной текучей среде первой комбинации сырьевых потоков из холодного конца витого теплообменника, при по существу одинаковой температуре холодного конца, по меньшей мере в один контур для охлажденного сырья;
(h) обеспечение первого потока продукта по меньшей мере одной из по меньшей мере одной углеводородной текучей среде первой комбинации сырьевых потоков при температуре продукта, отличной от температуры холодного конца по меньшей мере одного контура для охлажденного сырья, сквозь который протекает один из по меньшей мере одного углеводорода,
(i) подача второй комбинации сырьевых потоков во множество трубопроводов для сырьевых потоков, причем второй комбинации сырьевых потоков присуще по меньшей мере одно, выбранное из группы, состоящей из (1) другого количества углеводородных текучих сред, которые подаются на стадии (e), (2) по меньшей мере одной углеводородной текучей среде, имеющей другую летучесть, чем любая из углеводородных текучих сред, подаваемых на стадии (е), и другие пропорции каждой из по меньшей мере одной углеводородной текучей среде, подаваемой на стадии (е);
(j) охлаждение каждой из по меньшей мере одной углеводородной текучей среде второй комбинации сырьевых потоков по меньшей мере в одном из множества контуров охлаждения;
(k) отведение каждой из по меньшей мере одной углеводородной текучей среде второй комбинации сырьевых потоков из холодного конца витого теплообменника при по существу одинаковой температуре; и
(1) обеспечение первого потока продукта по меньшей мере одной из по меньшей мере одной углеводородной текучей среде второй комбинации сырьевых потоков при температуре продукта, которая отличается от температуры холодного конца по меньшей мере одного контура для охлажденного сырья, сквозь который протекает один из по меньшей мере одного углеводорода.
[27]
Аспект 13: Способ по Аспекту 12, дополнительно включающий в себя:
(m) изменение положения обводного клапана по меньшей мере для одного из обводных контуров перед началом стадии (i).
[28]
Аспект 14: Способ по любому из Аспектов 12-13, отличающийся тем, что стадия (d) дополнительно включает в себя:
(d) обеспечение множества контуров для продукта, причем каждый из множества контуров для продукта на выходе избирательно гидравлически соединен по меньшей мере с одним из множества контуров охлаждения, и, при этом, по меньшей мере один из множества контуров для продукта на входе гидравлически соединен с резервуаром для хранения.
[29]
Аспект 15: Способ по Аспекту 14, дополнительно включающий в себя:
(n) поддержание по меньшей мере в одном из множества контуров для продукта, который перед входом гидравлически соединен с резервуаром для хранения, давления не более 1,5 бар абсолютного давления и температуры, которая ниже или равна температуре образования пузырьков углеводородной текучей среде, предназначенной для хранения в указанном резервуаре для хранения.
[30]
Аспект 16: Устройство, содержащее:
витой теплообменник, имеющий теплый конец, холодный конец, трубное пространство, содержащее множество охлаждающих трубопроводов;
первый трубопровод для сырьевого потока, перед входом гидравлически соединенный по меньшей мере с одним из множества охлаждающих трубопроводов, и на выходе гидравлически соединенный с подачей первой углеводородной текучей среде, имеющей первую нормальную температуру образования пузырьков;
второй трубопровод для сырьевого потока, перед входом гидравлически соединенный по меньшей мере с одним из множества охлаждающих трубопроводов, и на выходе гидравлически соединенный с подачей второй углеводородной текучей среде, имеющей вторую нормальную температуру образования пузырьков, которая ниже первой нормальной температуры образования пузырьков;
первый трубопровод для охлажденного сырьевого потока, на выходе гидравлически соединенный с первым трубопроводом для сырьевого потока и по меньшей мере с одним из множества охлаждающих трубопроводов;
второй трубопровод для охлажденного сырьевого потока, на выходе гидравлически соединенный со вторым трубопроводом для сырьевого потока и по меньшей мере с одним из множества охлаждающих трубопроводов;
первый трубопровод для потока продукта, на выходе гидравлически соединенный с первым охлажденным сырьевым потоком,
второй трубопровод для потока продукта, на выходе гидравлически соединенный со вторым охлажденным сырьевым потоком,
первый обводной трубопровод, снабженный по меньшей мере одним клапаном, входной конец которого гидравлически соединен с первым сырьевым потоком перед входом холодного конца витого теплообменника или по меньшей мере с одним из множества охлаждающих трубопроводов перед входом холодного конца, а выходной конец расположен на входном конце первого трубопровода для продукта и на выходном конце первого охлажденного сырьевого потока;
причем витой теплообменник имеет такую рабочую конфигурацию, чтобы охлаждать первую углеводородную текучую среду и вторую углеводородную текучую среду до по существу одинаковой температуры путем непрямого теплообмена с хладагентом;
и, при этом, первый обводной трубопровод имеет такую рабочую конфигурацию, чтобы первая углеводородная текучая среда, протекающая сквозь первый трубопровод для продукта, имела более высокую температуру, чем вторая углеводородная текучая среда, протекающая сквозь второй трубопровод для продукта.
[31]
Аспект 17: Устройство по Аспекту 16, дополнительно содержащее:
множество соединительных трубопроводов, причем на каждом из соединительных трубопроводов установлен соединительный клапан, и, при этом, множество соединительных трубопроводов и соединительных клапанов имеет такую рабочую конфигурацию, чтобы обеспечивать избирательное приведение первого трубопровода для сырьевого потока в гидравлическое соединение с более чем одним из множества охлаждающих трубопроводов.
[32]
Аспект 18: Устройство по любому из Аспектов 16-17, дополнительно содержащее:
второй фазовый сепаратор, на выходе гидравлически соединенный со вторым трубопроводом для продукта,
второй рециркуляционный трубопровод, гидравлически соединенный с верхней частью второго фазового сепаратора и вторым трубопроводом для сырьевого потока перед входом витого теплообменника;
компрессор, гидравлически соединенный со вторым рециркуляционным трубопроводом; и
рециркуляционный теплообменник, гидравлически соединенный со вторым рециркуляционным трубопроводом и имеющий такую рабочую конфигурацию, чтобы охлаждать текучую среду, протекающую сквозь второй рециркуляционный трубопровод, при помощи текучей среды, протекающей сквозь первый обводной трубопровод.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ГРАФИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ
[33]
Ниже будут описаны типичные варианты реализации изобретения в сочетании с прилагаемыми фигурами, на которых похожие цифры обозначают сходные элементы:
[34]
Фиг. 1 представляет собой схему технологического процесса системы сжижения с применением способа с одним смешанным хладагентом (SMR) в соответствии с первым типичным вариантом реализации изобретения;
[35]
Фиг. 2А представляет собой схему технологического процесса, иллюстрирующую работу системы сжижения в соответствии с Фиг. 1 с одним сырьевым потоком природного газа;
[36]
Фиг. 2B представляет собой схему технологического процесса, иллюстрирующую работу системы сжижения в соответствии с Фиг. 1 с сырьевым потоком природного газа и потоком пропана;
[37]
Фиг. 3A представляет собой схему технологического процесса, иллюстрирующую работу системы сжижения в соответствии с Фиг. 1 с одним сырьевым потоком этана;
[38]
Фиг. 3B представляет собой схему технологического процесса, иллюстрирующую работу системы сжижения в соответствии с Фиг. 1 с сырьевыми потоками этана и этилена; и
[39]
Фиг. 3С представляет собой схему технологического процесса, иллюстрирующую работу системы сжижения в соответствии с Фиг. 1 с сырьевыми потоками этана, этилена и этан-пропановой смеси.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
[40]
Следующее подробное описание содержит только предпочтительные типичные варианты реализации изобретения и не предназначено для ограничения объема, применимости или структуры заявленного изобретения. Скорее, последующее подробное описание предпочтительных типичных вариантов реализации изобретения предоставит специалистам в данной области техники описание, дающее возможность осуществления предпочтительных типичных вариантов реализации заявленного изобретения. В функцию и расположение элементов могут быть внесены различные изменения без отхода от сути и объема заявленного изобретения.
[41]
Номера позиций, которые вводятся в описании в связи с чертежом, могут повторяться на одной или нескольких последующий фигурах без дополнительного объяснения в описании, чтобы обеспечить контекст для других признаков. На фигурах элементы, которые аналогичны элементам других вариантов реализации изобретения, представлены номерами позиций, увеличенными на 100. Например, MCHE 150, связанный с вариантом реализации изобретения в соответствии с Фиг. 1, соответствует MCHE 550, связанному с вариантом реализации изобретения в соответствии с Фиг. 2А. Такие элементы следует рассматривать как обладающие такой же функцией и признаками, если противоположное прямо не указано или не изображено в данном документе, и поэтому обсуждение таких элементов может не повторяться для нескольких вариантов реализации изобретения.
[42]
В формуле изобретения буквы используются для идентификации заявленных стадий (например, (a), (b) и (c)). Эти буквы используются, чтобы упростить ссылку на стадии способа и не предназначены для указания порядка, в котором выполняются заявленные стадии, если только и только в той степени, в которой такой порядок конкретно указан в формуле изобретения.
[43]
Термины, указывающие направление, могут использоваться в описании и формуле изобретения для описания частей настоящего изобретения (например, верхний, нижний, слева, справа и т.д.). Такие термины, указывающие направление, предназначены только для упрощения описания типичных вариантов реализации изобретения и не предназначены для ограничения объема заявленного изобретения. Как используется в данном документе, термин «перед входом (на входе, апстрим)» обозначает направление, противоположное направлению потока текучей среды в трубопроводе, исходя из точки отсчета. Аналогично, термин «на выходе (даунстрим)» обозначает направление, которое совпадает с направлением потока текучей среды в трубопроводе, исходя из точки отсчета.
[44]
Термин «гидравлическое соединение», используемый в описании и формуле изобретения, относится к природе соединения между двумя или более элементами, которое позволяет перемещать жидкости, пары и/или двухфазные смеси между элементами контролируемым образом (т.е., без утечки) прямо или косвенно. Объединение двух или более элементов таким образом, что они находятся в гидравлическом соединении друг с другом, может подразумевать любой подходящий способ, известный в данной области техники, например, с использованием сварных швов, фланцевых трубопроводов, прокладок и болтов. Два или более элементов могут также быть объединены посредством других элементов системы, которые могут их разделять, например, клапанов, шлюзов или других устройств, которые могут избирательно ограничивать или направлять поток текучей среды.
[45]
Термин «трубопровод», используемый в описании и формуле изобретения, относится к одной или более структурам, сквозь которые текучие среды могут перемещаться между двумя или более элементами системы. Например, трубопроводы могут включать в себя трубы, каналы, протоки и их комбинации, по которым транспортируются жидкости, пары и/или газы. Термин «контур», используемый в описании и формуле изобретения, относится к пути, по которому текучая среда может протекать в замкнутом режиме, и может включать в себя один или более соединенных трубопроводов, а также оборудование, в котором есть трубопроводы, такое как компрессоры и теплообменники.
[46]
Термин «природный газ», используемый в описании и формуле изобретения, обозначает смесь углеводородных газов, состоящую в основном из метана.
[47]
Термины «углеводородный газ» или «углеводородная текучая среда», используемые в описании и формуле изобретения, обозначают газ/текучая среда, содержащие по меньшей мере один углеводород, в которых углеводороды составляют по меньшей мере 80% и более предпочтительно по меньшей мере 90% от общего количества газа/ текучая среда.
[48]
Термин «сжижение», используемый в описании и формуле изобретения, означает охлаждение текучей среды, о которой идет речь, до температуры, при которой по меньшей мере 50 моль % текучей среды остается в жидком состоянии при понижении до давления в резервуаре 1,5 бар абсолютного давления или ниже. Подобным образом, термин «ожижитель» относится к оборудованию, в котором происходит сжижение. В контексте способов сжижения, раскрытых в данном документе, предпочтительно, чтобы более чем 75 моль % текучей среды оставались в жидком состоянии при понижении до давления в резервуаре, применяемого в указанном способе. Типичные значения давления в резервуаре находятся в диапазоне от 1,05 до 1,2 бар абсолютного давления. Сырьевые потоки часто подаются при сверхкритическом давлении и не подвергаются дискретному фазовому переходу во время охлаждения, связанного со сжижением.
[49]
Термин «переохлаждение», используемый в описании и формуле изобретения, означает, что текучая среда, о которой идет речь, дополнительно охлаждают (помимо того, что необходимо для сжижения), таким образом, чтобы при понижении до давления в резервуаре системы по меньшей мере 90 моль % текучей среды оставались в жидком состоянии.
[50]
Термины «температура кипения» и «точка кипения» используются взаимозаменяемо в описании и формуле изобретения и являются синонимическими. Подобным образом, термины «температура образования пузырьков» и «точка образования пузырьков» также используются взаимозаменяемо в описании и формуле изобретения и являются синонимическими. Как известно в данной области техники, термин «температура образования пузырьков» представляет собой температуру, при которой первый пузырек пара появляется в жидкости. Термин «температура кипения» обозначает температуру, при которой давление паров в жидкости равно давлению газа над ней. Термин «температура образования пузырьков» обычно используется в связи с многокомпонентной текучей средой, в которой по меньшей мере два компонента имеют разную температуру кипения. Термины «нормальная температура кипения» и «нормальная температура образования пузырьков», используемые в описании и формуле изобретения, обозначают температуру кипения и температуру образования пузырьков, соответственно, при давлении 1 атм.
[51]
Если в тексте прямо не указано противоположное, то вход потока на участке обозначает вход по существу всего указанного потока на участке. Необходимо понимать, что все потоки, обсуждаемые в описании и изображенные на чертежах (обычно представлены линией со стрелкой, показывающей общее направление потока текучей среды в ходе обычной работы), находятся в соответствующем трубопроводе. Необходимо понимать, что каждый трубопровод снабжен по меньшей мере одним входным отверстием и по меньшей мере одним выходным отверстием. Кроме того, необходимо понимать, что в каждом элементе оборудования имеется по меньшей мере одно входное отверстие и по меньшей мере одно выходное отверстие.
[52]
Термин «по существу не содержащий воды», используемый в описании и формуле изобретения, означает, что любая остаточная вода в потоке, о котором идет речь, присутствует в достаточно низкой концентрации для предотвращения эксплуатационных проблем из-за замерзания воды в любом потоке, находящемся на выходе и гидравлически соединенном с потоком, о котором идет речь. Как правило, это будет означать менее 0,1 м.ч. воды.
[53]
Термин «по существу одинаковая температура», используемый в описании и формуле изобретения в отношении разности температур между охлажденными сырьевыми потоками на холодном конце MCHE, означает, что разность температур ни для одного из охлажденных сырьевых потоков не превышает 10 градусов C (предпочтительно не более 5 градусов С) относительно любого другого охлажденного сырьевого потока.
[54]
Используемый в данном документе термин «компрессор» обозначает устройство, в котором есть по меньшей мере одна ступень компрессора, расположенная внутри корпуса, которая повышает давление потока текучей среды.
[55]
Описанные варианты реализации изобретения обеспечивают эффективный способ одновременного сжижения нескольких сырьевых потоков газа и особенно применимы для сжижения углеводородных газов. Возможные углеводородные газы включают этан, этан-пропановую смесь (смесь E/P), этилен, пропан и природный газ.
[56]
Как используется в описании и формуле изобретения, температурный диапазон X градусов обозначает диапазон на X градусов выше и ниже температуры, о которой идет речь.
[57]
На Фиг. 1 изображена система сжижения углеводородов 160, в которой применяется способ SMR. Необходимо отметить, что можно применять любые подходящие циклы охлаждения, такие как предварительно охлажденный пропаном смешанный хладагент (C3MR), двойной смешанный хладагент (DMR) или обратный цикл Брайтона, такой как рециркуляция газообразного азота.
[58]
По существу не содержащий воды первый сырьевой поток 100 и/или несколько дополнительных сырьевых потоков (один или более), таких как второй сырьевой поток 120, охлаждают в MCHE 150. Первый сырьевой поток 100 может быть объединен с первым рециркулирующим сырьевым потоком 118 с получением объединенного первого сырьевого потока 119. Объединенный первый сырьевой поток 119 может быть необязательно разделен на первый сырьевой поток MCHE 101 и первый обводной сырьевой поток 102. Первый сырьевой поток MCHE 101 охлаждают и сжижают в MCHE 150 с получением сжиженного первого потока продукта 103. Давление первого обводного сырьевого потока 102 может быть снижено в клапане 107 для получения первого обводного сырьевого потока низкого давления 108.
[59]
Сжиженный первый поток продукта 103 отводят из MCHE 150 и давление понижают при прохождении сквозь клапан 104, с получением двухфазного первого потока продукта 105. Двухфазный первый поток продукта 105 может быть объединен с первым обводным сырьевым потоком низкого давления 108, что дает объединенный двухфазный первый поток продукта 109. Объединенный двухфазный первый поток продукта 109 подают на первый барабан конечного мгновенного испарения 126, в котором объединенный двухфазный первый поток продукта 109 разделяют на поток пара первого барабана конечного мгновенного испарения 110 и поток жидкости первого барабана конечного мгновенного испарения 111. Поток пара первого барабана конечного мгновенного испарения 110 может содержать примеси.
[60]
Давление потока жидкости первого барабана конечного мгновенного испарения 111 дополнительно понижают при прохождении сквозь клапан 112, в результате чего получают поток жидкости первого барабана конечного мгновенного испарения низкого давления 113, который подается в первый резервуар для хранения 134. Конечный первый поток жидкого продукта 115 извлекается из нижнего конца первого резервуара для хранения 134, и он является конечным продуктом первого сырьевого потока 100. Система 160 работает таким образом, чтобы подавать первый поток жидкого продукта 115 при температуре, находящейся в пределах заданного диапазона температур продукта, который предпочтительно составляет 4 градуса C (т.е., на 4 градуса выше или ниже заданной температуры) и, более предпочтительно, в диапазоне 2 градуса Цельсия.
[61]
Поток пара из первого резервуара для хранения 114 может быть извлечен из верхнего конца первого резервуара для хранения 134 и сжат в компрессоре 138 для создания сжатого первого потока парообразного продукта из резервуара для хранения 117, который охлаждается до температуры окружающей среды в дополнительном охладителе 152 с получением первого рециркулирующего сырьевого потока 118.
[62]
Необязательно, часть любого из двух потоков пара (поток пара первого барабана конечного мгновенного испарения 110 или поток пара из первого резервуара для хранения 114) также может использоваться в качестве топлива в любом другом месте установки. Компрессор 138 может иметь несколько ступеней с промежуточными охладителями, при этом топливо отводится между ступенями (не показано).
[63]
Второй сырьевой поток 120 разделяют на второй сырьевой поток MCHE 121 и второй обводной сырьевой поток 122. Второй сырьевой поток MCHE 121 охлаждают и сжижают в MCHE 150 с получением сжиженного второго потока продукта 123. Давление второго обводного сырьевого потока 122 понижают в клапане 127 с получением второго обводного сырьевого потока низкого давления 128. Сжиженный второй поток продукта 123 отводят из MCHE 150, его давление понижают при прохождении сквозь клапан 124, что дает двухфазный второй поток продукта 125. Двухфазный второй поток продукта 125 объединяют со вторым обводным сырьевым потоком низкого давления 128, чтобы получить объединенный двухфазный второй поток продукта 129, который подается на второй барабан конечного мгновенного испарения 136. Второй барабан конечного мгновенного испарения 136 разделяет объединенный двухфазный второй поток продукта 129 на поток пара второго барабана конечного мгновенного испарения 130 и поток жидкости второго барабана конечного мгновенного испарения 131. Поток пара второго барабана конечного мгновенного испарения 130 может содержать примеси. Поток жидкости второго барабана конечного мгновенного испарения 131 можно хранить в резервуаре для продуктов (не показан).
[64]
Необходимо отметить, что в зависимости от режима эксплуатации один или оба обводных потока (первый обводной сырьевой поток 102 и второй обводной сырьевой поток 122) могут иметь нулевой поток.
[65]
В этом варианте реализации изобретения система 160 обеспечивает два способа управления температурой продукта для каждого сырьевого потока: путем регулирования количества текучей среды, протекающей по обводной линии, связанной с этим потоком, и регулирования количества связанного с этим потоком рециркулирующего пара, образовавшегося при мгновенном испарении. Например, при увеличении доли объединенного первого сырьевого потока 119, которая протекает с первым обводным сырьевым потоком 102, объединенный двухфазный первый поток продукта 109 становится более теплым (при условии, что все остальные переменные процесса остаются постоянными). И наоборот, увеличение скорости потока для первого рециркулирующего сырьевого потока 118 приведет к тому, что холодный конец MCHE 150 станет более теплым для всех потоков, выходящих из холодного конца MCHE 150 (включая сжиженный первый поток продукта 103 и сжиженный второй поток продукта 123 или любой другой сжиженный поток продукта). Хотя на Фиг. 1 изображены только два контура для сырья и два потока продукта, можно использовать любое количество контуров для сырья и потоков продуктов. Кроме того, на Фиг. 1 изображена система охлаждения, включающая и систему сжатия. Система сжатия является частью систем 560, 660 в соответствии с Фиг. 2A-3C, но на фигурах она опущена с целью упрощения чертежей.
[66]
Система 160 обеспечивает возможность гибкой работы с несколькими сырьевыми потоками. Например, MCHE 150 может работать таким образом, чтобы сырьевой поток, имеющий самую низкую температуру кипения, подавался в соответствующий резервуар для хранения при температуре образования пузырьков для этого сырьевого потока. Сжиженный поток продукта, связанный с каждым из других сырьевых потоков (с более высокой температурой кипения), нагревается соответствующим обводным потоком для предотвращения чрезмерного переохлаждения. Эксплуатация системы 160 в таком режиме особенно полезна, если сырьевые потоки для сырья с относительно высокой температурой кипения дополнительно содержит загрязняющие вещества, для удаления которых требуются более высокие рабочие температуры. Например, поток пара второго барабана конечного мгновенного испарения 130 можно использовать для удаления загрязняющих веществ из объединенного двухфазного второго потока продукта 129.
[67]
В качестве альтернативы, MCHE 150 может работать при температуре образования пузырьков сырья с самой высокой температурой кипения или промежуточной температурой между сырьем с самой высокой температурой кипения и сырьем с самой низкой температурой кипения. Последний режим эксплуатации приведет к образованию значительного потока пара, образовавшегося при мгновенном испарении, такого как поток пара из первого резервуара для хранения 114, в резервуаре для хранения сырья с самой низкой температурой кипения. Поток пара из первого резервуара для хранения 114 можно использовать в других частях установки или сжимать и рециркулировать на теплый конец MCHE 150, чтобы избежать образования чистого выходящего потока пара, как описано выше и изображено на Фиг. 1.
[68]
В указанном MCHE 150 по меньшей мере часть и, предпочтительно, все охлаждение обеспечивается путем испарения по меньшей мере части переохлажденных потоков хладагента после снижения давления при прохождении сквозь редукционные клапаны.
[69]
Как отмечалось выше, любой подходящий цикл охлаждения можно использовать для обеспечения охлаждения в MCHE 150. В этом типичном варианте реализации изобретения поток газообразного смешанного хладагента (MR) низкого давления 140 отводят со дна со стороны межтрубного пространства MCHE 150 и сжимают в компрессоре 154 с получением потока газообразного MR высокого давления 132, который находится под давлением менее 10 бар. Поток газообразного MR высокого давления 133 охлаждают в дополнительном охладителе 156 до температуры окружающей среды или близкой к ней с получением двухфазного потока MR высокого давления 141.
[70]
Двухфазный поток MR высокого давления 141 разделяют в фазовом сепараторе 158 на поток жидкого MR высокого давления 143 и поток парообразного MR высокого давления 142. Поток жидкого MR высокого давления 143 охлаждают в теплом пучке MCHE 150 с получением охлажденного потока жидкого MR высокого давления 144, давление которого снижают при прохождении сквозь клапан 145 с получением потока жидкого MR низкого давления 146. Затем поток жидкого MR низкого давления 146 подают на сторону межтрубного пространства MCHE 150 между теплым и холодным пучками, чтобы обеспечить охлаждение на стадии предварительного охлаждения и сжижения.
[71]
Поток парообразного MR высокого давления 142 охлаждают и сжижают в теплых и холодных пучках MCHE 150 с получением потока сжиженного MR 147. Давление потока сжиженного MR 147 понижают при прохождении сквозь клапан 148 с получением потока жидкого MR низкого давления 149, который подают на сторону межтрубного пространства MCHE 150 на холодном конце MCHE 150, чтобы обеспечить охлаждение на стадии переохлаждения.
[72]
В этом типичном варианте реализации изобретения компрессор 154 обычно имеет две ступени с промежуточным охладителем 137. Поток MR среднего давления 139 отводится после первой ступени компрессора и охлаждается в промежуточном охладителе 137 с получением охлажденного потока MR среднего давления 151. Затем охлажденный поток MR среднего давления 151 протекает сквозь фазовый сепаратор 153 и разделяется на поток парообразного MR среднего давления 155 и поток жидкого MR среднего давления 157. Затем давление потока жидкого MR среднего давления 157 повышают при помощи насоса 159, перед объединением с потоком газообразного MR высокого давления 132.
[73]
Фиг. 2А и 2В и 3А-3С представляют собой блок-схемы, иллюстрирующие типичные системы сжижения нескольких сырьевых потоков. Для упрощения этих диаграмм изображены только MCHE и сырьевые потоки, потоки продукта, резервуары для хранения, обводные трубопроводы, рециркуляционные трубопроводы и соответствующие клапаны. Необходимо понимать, что эти системы включают в себя подсистемы сжатия и контуры для хладагента, как изображено на Фиг. 1, например. На Фиг. 2А и 2В и 3А-3С, клапаны, которые по меньшей мере частично открыты (такие как клапан 588а на Фиг. 2А), закрашены белым цветом, а закрытые клапаны закрашены черным цветом (такие как клапан 588b на Фиг. 2А).
[74]
В системе 560 в соответствии с Фиг. 2А и 2В MCHE 550 содержит два контура охлаждения 583a, 583b. На Фиг. 2А, система 560 сконфигурирована для сжижения единственного сырьевого потока 500а природного газа. Сырьевой поток 500a подается сквозь оба контура охлаждения углеводородов 583a, 583b. Природный газ выходит из холодного конца MCHE 550 при температуре, предназначенной для того, чтобы сжиженный природный газ находился при или вблизи его температуры образования пузырьков в соответствующем резервуаре для хранения 534a в процессе хранения при давлении менее 1,5 бар абсолютного давления. В этом режиме эксплуатации не требуется обвода (байпаса) или рециркуляции паров, образовавшихся при мгновенном испарении. Соответственно, клапан 588b закрыт для предотвращения обратного тока во второй сырьевой поток 500b. Клапан 527 закрыт для предотвращения протекания сквозь обводной контур 522 для второго сырьевого потока 500b. Клапан 585 закрыт для предотвращения рециркуляции газа мгновенного испарения из резервуара для хранения 534a. Клапан 504b необязательно закрыт, чтобы предотвратить поступление сжиженного природного газа (LNG) во второй резервуар для хранения 534b. Клапаны 586, 587 для соединительных трубопроводов открыты, чтобы текучая среда из первого сырьевого потока 500a протекала сквозь оба контура охлаждения углеводородов 583a, 583b.
[75]
На Фиг. 2В изображена та же система 560, но вместо обработки только природного газа система 560 находится в рабочей конфигураций для обработки как природного газа (сквозь линию для сырья F1), так и пропана (сквозь линию для сырья 500b). Система 560 сконфигурирована таким образом, что природный газ и пропан выходят из MCHE 550 при по существу одинаковой температуре, при этом температура на выходе приводит к тому, что сжиженный природный газ находится при или вблизи его температуры образования пузырьков в резервуаре для хранения 534a в процессе хранения при давлении менее 1,5 бар абсолютного давления. В этом режиме эксплуатации природный газ протекает сквозь один контур охлаждения углеводородов 583а, а пропан протекает сквозь другой контур охлаждения углеводородов 583b. Клапаны 586, 587 на соединительных трубопроводах закрыты для предотвращения смешивания природного газа и пропана. Клапаны 504а, 504b открыты для того, чтобы сжиженный природный газ и сжиженный пропан вытекали из холодного конца MCHE 550 в отдельные резервуары для хранения 534a, 534b.
[76]
Чтобы обеспечить возможность хранения пропана при или вблизи его температуры образования пузырьков в соответствующем резервуаре для хранения 534b при давлении не более 1,5 бар абсолютного давления, обводную часть пропана направляют в обводной контур 522, а сырьевая часть потока пропана протекает сквозь контур охлаждения углеводородов 583b, затем обводную часть снова объединяют с сырьевой частью потока пропана на выходе из холодного конца MCHE 550 и до того, как пропан поступает в резервуар для хранения 534b. Обводной клапан 527 по меньшей мере частично открыт, чтобы позволить протекание потока сквозь обводной контур 522. Количество сырьевого потока пропана, которое направляют в обводной контур 522, выбирают таким образом, чтобы получить достаточно нагретый пропан, выходящий из холодного конца MCHE 550, до температуры, которая соответствует или близка к температуре образования пузырьков при хранении в резервуаре для хранения 534b при давлении не более 1,5 бар абсолютного давления. Необязательно, часть любого газа мгновенного испарения из первого резервуара для хранения 534a может быть сжата, охлаждена и смешана с сырьевым потоком природного газа 500a перед входом в MCHE 550.
[77]
Рабочие конфигурации, изображенные на Фиг. 2А и 2В и описанные выше, позволяют системе 560 легко адаптироваться к изменениям состава сырьевого потока. В рабочей конфигурации в соответствии с Фиг. 2В система 560 способна одновременно сжижать как природный газ, так и пропан, без усложнения и расходов, связанных с боковыми потоками (фракциями) охлаждающей трубки, до различных температур в MCHE 550, и, при этом, позволяет избегать рисков, связанных с хранением переохлажденного пропана при низком давлении. Обводной контур 522 дополнительно повышает эффективность за счет снижения нагрузки на систему охлаждения на контуре охлаждения 583b, сквозь который протекает пропан. Простым изменением положения клапанов, систему 560 можно переключать с обработки одновременно подаваемых сырьевых потоков природного газа и пропана (Фиг. 2В) на обработку только природного газа (Фиг. 2А), без значительного снижения эффективности.
[78]
На Фиг. 2В дополнительно изображен необязательный теплообмен конечного мгновенного испарения, при котором поток конечного мгновенного испарения 514 из резервуара для хранения 534а нагревается в теплообменнике 562 относительно участка 502 сырьевого потока природного газа 500a для получения нагретого потока конечного мгновенного испарения 516. Часть 502 сырьевого потока природного газа 500a по меньшей мере частично сжижают в теплообменнике 562 с получением по меньшей мере частично сжиженного потока 506, который направляют в резервуар 534a. На Фиг. 2В клапаны 507 и 585 изображены как открытые, чтобы обеспечить протекание сквозь теплообменник 562. В альтернативном варианте реализации изобретения часть потока хладагента, такая как 141 или 143 или 142 (см. Фиг. 1), может быть охлаждена относительно потока конечного мгновенного испарения 514 в теплообменнике 562 вместо части 502 сырьевого потока природного газа 500a. В качестве альтернативы, поток конечного мгновенного испарения 514 может быть получен из барабана конечного мгновенного испарения вместо резервуара для хранения 534а.
[79]
В системе 660 в соответствии с Фиг. 3А, 3В и 3С, MCHE 650 включает в себя четыре контура охлаждения 683a, 683b, 683c, 683d. На Фиг. 3А изображен режим подачи одного сырьевого потока, когда этан сжижается в MCHE 650. Клапаны 688b, 688c, 688d закрыты для отключения неиспользуемых контуров для сырья 600b, 600c, 600d. Подобным образом, клапаны 687b, 687c, 687d также закрыты для отключения неиспользуемых резервуаров для хранения 634b, 634c, 634d. Поскольку обрабатывается только одна углеводородная текучая среда, обводные клапаны 627a, 627b, 627c закрыты, как и рециркуляционный клапан 685. На холодном конце MCHE 650 сырьевой поток этана предпочтительно находится при температуре, которая приведет к температуре образования пузырьков этана в резервуаре для хранения 634а. Необязательно, температура на холодном конце MCHE 650 может быть установлена таким образом, чтобы приводить к испарению примесей сквозь поток вентиляции/мгновенного испарения 610a. В качестве альтернативы, в случае, когда температура на холодном конце MCHE 650 установлена для сжижения более летучего продукта, такого как этилен, охлажденный этан может быть нагрет обводным потоком 622а (это означает, что обводной клапан 627a должен быть по меньшей мере частично открыт), чтобы предотвратить чрезмерное охлаждение этанового продукта, что может привести к коллапсу резервуара для хранения 634а.
[80]
На Фиг. 3В изображена указанная система 660 в рабочей конфигурации для обработки двух одновременно подаваемых сырьевых потоков, в данном случае этана (сырьевой поток 600а) и этилена (сырьевой поток 600d). В этой конфигурации сырьевой поток этана охлаждается в трех из контуров охлаждения 683a, 683b, 683c, и это означает, что соединительные клапаны 686a, 686b, 686c открыты. Охлажденный этан из каждого из контуров охлаждения 683a, 683b, 683c затем направляют в поток единственного продукта 613a. На Фиг. 3B, один из обводных контуров 622а открыт, таким образом, что часть теплого сырьевого потока этана смешивается с охлажденным этаном после выхода из холодного конца MCHE 650 с целью поддержания температуры потока этанового продукта близкой к его температуре образования пузырьков в резервуаре для хранения 634a. В этом типичном варианте реализации изобретения система 660 находится в рабочей конфигурации для получения температуры на холодном конце MCHE 650, которая близка к температуре образования пузырьков этилена в резервуаре для хранения 634d, для подавления мгновенного испарения. В этом режиме эксплуатации нет необходимости в рециркуляции этилена.
[81]
В качестве альтернативы, система 660 может находиться в рабочей конфигурации для поддержания температуры на холодном конце MCHE 650, более высокой, чем температура образования пузырьков этилена, но более низкой, чем температура образования пузырьков этана. В этом случае часть потока мгновенного испарения этилена 611d рециркулируется (сквозь рециркуляционный контур 614) в сырьевой поток 600c, чтобы избежать чистого выходящего потока мгновенного испарения. Такая рабочая конфигурация может быть желательной, если для приведения в действие компрессоров системы 660 используются электродвигатели, и желательно придать системе такую конфигурацию, чтобы иметь возможность обрабатывать более летучие сырьевые потоки, чем этилен.
[82]
На Фиг. 3С изображена работа системы 660 с тремя одновременно подаваемыми сырьевыми потоками: этан (сырьевой поток 600a), этилен (сырьевой поток 600d) и этан-пропановая смесь (сырьевой поток 600c). В этой рабочей конфигурации температуры как этана, так и этан-пропановой смеси поддерживаются вблизи температуры образования пузырьков в соответствующих резервуарах для хранения 634а, 634с с применением обводных контуров 622а, 622с. В этих вариантах реализации изобретения по меньшей мере часть потока мгновенного испарения этилена 611d рециркулируют через рециркуляционный контур 614. Температура охлажденных сырьевых потоков на холодном конце MCHE 650 предпочтительно находится между температурой образования пузырьков этана и этилена.
ПРИМЕРЫ
[83]
Ниже приведены типичные варианты реализации изобретения с данными, основанными на моделировании способа SMR, аналогичного варианту реализации изобретения, изображенному на Фиг. 1. В случае использования нескольких сырьевых потоков или получения LNG эксперименты проведены в режиме оценки. В таких случаях предусматривается производство 2,5 миллионов тон в год (МТРА) этанового продукта с использованием четырех контуров для сырья. В Табл. 1 приведен перечень режимов эксплуатации и результирующая производительность установки для сжижения, способной сжижать этан, этан-пропановую смесь, этилен, пропан и природный газ.
[84]
Таблица 1: Режимы эксплуатации и результирующее производство установки для сжижения.
<b>Название</b>
<b>Этан</b>
<b>Смесь E/P (смесь 81/19 Этан Пропан)</b>
<b>Этилен</b>
<b>Пропан </b>
<b>Природный газ</b>
Пример 1 - Расчетный (проектный) вариант
2,25 MTPA
Пример 2 - Оценочный вариант
1,25 MTPA
≤ 0,625 MTPA
≤ 0,625 MTPA
Пример 3 A и B - Оценочный вариант
≥ 0,4 MTPA
[85]
ПРИМЕР 1
[86]
В Примере 1 обрабатывается только этан. Этот пример используется для установления габаритов критического оборудования, такого как MCHE 150 и холодильный компрессор C1. В этом примере этан поступает в MCHE 150 при 30 градусах Цельсия и 75 бар и охлаждается до -124,5 градусов Цельсия. Скорость и состав сырьевого потока и продукта приведены в Табл. 2.
[87]
Таблица 2
<b>Название</b>
<b>Сырьевой поток этана</b>
<b>Этановый продукт</b>
Скорость потока, кг-моль/час
11271
10524
Компонент, моль %
Метан
4,65
1,47
Этан
92,28
95,37
Этилен
1,13
1,10
Пропан
1,87
2,00
Более тяжелые УВ
0,00
0,00
CO2
0,07
0,06
Всего
100,00
100,00
Обводной сырьевой поток (%)
0
1
[88]
Скорость потока газообразного MR низкого давления 140 составляет 17448 кг моль в час. MR имеет состав, приведенный в Табл. 3, и выходит из MCHE 150 при температуре, близкой к температуре окружающей среды, например, 38,3 градуса Цельсия. MR сжимают компрессором C1 с 8,0 бар до 49,6 бар, охлаждают дополнительным охладителем высокого давления со 156 до 54,0 градусов Цельсия, затем разделяют в фазовом сепараторе 158 на поток парообразного MR высокого давления 142 и поток жидкого MR высокого давления 143.
[89]
Таблица 3
Компонент, моль %
Метан
21,11
Этан
43,45
Бутаны
35,44
Всего
100,00
[90]
ПРИМЕР 2
[91]
Для Примера 2 предварительно обработанные сырьевые потоки этана, этилена и смеси этана/пропана поступают в блок MCHE 150 при 30 градусах Цельсия и 75 бар и охлаждаются до -154 градусов Цельсия. В этом примере схема технологического процесса является такой, как изображена на Фиг. 6. Скорость и состав сырьевых потоков и продуктов приведены ниже в Табл. 4 и Табл. 6, соответственно. В Табл. 5 также приведена нормальная температура образования пузырьков для смесей.
[92]
Таблица 4: Состав и скорость сырьевых потоков
<b>Название</b>
<b>Этан</b>
<b>Этилен</b>
<b>Этан/Пропан</b>
Скорость потока, кг-моль/час
5641
1630
2171
Компонент, моль %
Метан
4,65
0,01
3,91
Этан
92,28
0,04
75,65
Этилен
1,13
99,95
0,00
Пропан
1,87
0,00
17,75
Более тяжелые УВ
0,00
0,00
2,62
CO2
0,07
0,00
0,07
Всего
100,00
100,00
100,00
Обводной сырьевой поток, %
10,1
0,0
14,4
[93]
Таблица 5: Состав и скорость продукта
<b>Название</b>
<b>Этан</b>
<b>Этилен</b>
<b>Этан/Пропан</b>
Скорость потока, кг-моль/час
5257
1630
1859
Компонент, моль %
Метан
1,24
0,01
0,36
Этан
95,60
0,04
76,08
Этилен
1,10
99,95
0,00
Пропан
2,00
0,00
20,47
Более тяжелые УВ
0,00
0,00
3,06
CO2
0,06
0,00
0,03
Всего
100,00
100,00
100,00
Нормальная температура образования пузырьков, C
-94,5
-102,4
-85,0
[94]
Скорость потока газообразного MR низкого давления 140 составляет 17493 кг моль в час. MR имеет состав, приведенный в Табл. 6, выходит из MCHE 150 при температуре, близкой к температуре окружающей среды, например, 38,9 градусов Цельсия, его сжимают в Компрессоре MR C1 с 8,0 бар до 50,8 бар и охлаждают дополнительным охладителем высокого давления со 156 до 54,0 градусов Цельсия. Остальная часть способа из Примера 2 идентична Примеру 1.
[95]
Таблица 6: Состав смешанного хладагента
Компонент, моль %
Метан
28,48
Этан
36,37
Бутаны
35,15
Всего
100,00
[96]
ПРИМЕР 3
[97]
Для Примеров 3А и 3В предварительно обработанный сырьевой поток природного газа поступает в MCHE при 30 градусах Цельсия и 75 бар. В Примере 3А используется конфигурация в соответствии с Фиг. 2, но без первого сырьевого потока 300. Технологическая схема включает в себя теплообменник, который охлаждает тангенциальный поток горячего сырьевого потока природного газа путем теплообмена с холодным газом конечного мгновенного испарения. Газ конечного мгновенного испарения и пар из резервуара для хранения рециркулируют и смешивают с сырьевым потоком природного газа. Необходимость в рециркуляции может возникнуть на установках, в которых для приведения в действие компрессоров хладагента используются электродвигатели и, следовательно, отсутствует или снижена потребность в топливном газе. LNG охлаждают до -150,4 градуса Цельсия. В Примере 3B используется конфигурация, изображенная на Фиг. 3, но без первого сырьевого потока 300. Добавляя цикл расширителя азота, можно частично сдвинуть нагрузку от существующих компрессоров смешанного хладагента к циклу расширителя азота. В этой схеме LNG охлаждается до -109,7 градуса Цельсия в MCHE 150 и до -164,9 градуса Цельсия в цикле расширителя азота. Последняя температура исключает испарение в резервуаре для хранения. В Примерах 3А и 3В используются скорость и состав сырьевого потока, приведенные в Табл. 7 ниже, и получают скорость потока и состав продукта, приведенные в Табл. 8 ниже.
[98]
Таблица 7: Состав и скорость сырьевого потока
Пример 3A
Пример 3B
Название
Природный газ
Скорость потока, кг-моль/час
5641
1630
Компонент, моль %
Азот
0,89
Метан
88,81
Этан
8,22
Этилен
0,00
Пропан
1,39
Более тяжелые УВ
0,69
CO2
50 м.ч.
Всего
100,00
Обводной сырьевой поток, %
0
0
[99]
Таблица 8: Состав и скорость потока продукта
Пример 3A
Пример 3B
Название
Природный газ
Скорость потока, кг-моль/час
3548
6311
Компонент, моль %
Азот
1,00
0,89
Метан
88,75
88,81
Этан
8,18
8,22
Этилен
0,00
0,00
Пропан
1,38
1,39
Более тяжелые УВ
0,69
0,69
CO2
45 м.ч.
50 м.ч.
Всего
100,00
100,00
[100]
Состав MR для Примеров 3A и 3B приведен ниже в Табл. 9. Для Примера 3A скорость потока газообразного MR низкого давления 240 составляет 12066 кг моль в час. MR выходит из MCHE 250 при температуре, близкой к температуре окружающей среды, например, 45,1 градуса Цельсия, его сжимают с 5,4 бар до 54,9 бар и охлаждают в дополнительном охладителе с 256 до 54,0 градусов Цельсия. Для Примера 3B скорость потока газообразного MR низкого давления 340 составляет 14333 кг моль в час. Он выходит из MCHE 350 при температуре, близкой к температуре окружающей среды, например, 41,0 градуса Цельсия, его сжимают с 6,7 бар до 49,2 бар и охлаждают дополнительным охладителем высокого давления с 256 до 54,0 градусов Цельсия.
[101]
Таблица 9: Состав смешанного хладагента
Пример 3A
Пример 3B
Компонент, моль %
Азот
8,83
0,00
Метан
29,76
30,45
Этан
35,57
37,76
Пропан
0,00
0,00
Бутаны
21,89
31,79
Пентаны
3,95
0,00
<b>Всего</b>
<b>100,00</b>
<b>100,00</b>
[102]
Остальная часть способов из Примеров 3А и 3В такая же, как в Примере 1.