Установка частичного сжижения природного газа

Известна установка для частичного сжижения природного газа (патент России №2212598 С1, МКИ 7 F25J 1/00, публ. бюл. №26 от 20.09.2003 г.), включающая последовательно расположенные по прямому потоку источник газа высокого давления, теплообменник для предварительного охлаждения и основной теплообменник, фильтр-сепаратор твердых частиц, расширительное устройство, на входе соединенное с линией прямого потока, а на выходе с линией обратного потока, дроссельный вентиль продукционного потока и сборник-сепаратор сжиженного газа.
Недостатком этой установки является то, что не используется полезная мощность турбодетандера, и на его работу оказывает влияние изменения давления в магистральном трубопроводе.
Наиболее близкой по технической сущности является установка частичного сжижения природного газа (см. патент RU №2272971, МПК F25J 1/00, опубл. 27.03.2006 Бюл. №9), включающая последовательно расположенные по прямому потоку источник газа высокого давления, теплообменник для предварительного охлаждения, основной теплообменник, фильтр-сепаратор твердых частиц, расширительное устройство, на входе соединенное с линией прямого потока, а на выходе с линией обратного потока, дроссельный вентиль продукционного потока и сборник-сепаратор сжиженного газа. Перед входом в расширительное устройство установлен фильтр и отсечной клапан. Расширительное устройство выполнено в виде турбодетандера, в котором в качестве тормоза на одном валу установлен турбокомпрессор. Выход из турбодетандера соединен с обратным потоком после сборника-сепаратора сжиженного газа. Датчик температуры, установленный на выходе из турбодетандера через блок управления, взаимосвязан с дроссельным вентилем продукционного потока. Источник газа высокого давления через блок очистки, фильтр и отсечной клапан соединен с входом в турбокомпрессор. Выход из турбокомпрессора через обратный клапан и охладитель соединен с входом в предварительный теплообменник. Вход в предварительный теплообменник обводной линией через байпасный клапан соединен с входом в турбокомпрессор. Байпасный клапан взаимосвязан через блок управления с датчиком числа оборотов турбодетандера.
2
Недостатком данного технического решения являются высокие капитальные и эксплуатационные затраты вследствие очистки от СО всего потока перерабатываемого природного газа.
Предлагаемое техническое решение направлено на решение задачи по повышению надежности и эффективности работы всей установки частичного сжижения природного газа.
2
2
2
2
Данная задача решается за счет того, что в установке для частичного сжижения природного газа, включающей источник газа высокого давления, блок осушки, расширительное устройство, выполненное в виде турбодетандера, в котором в качестве тормоза на одном валу установлен турбокомпрессор, блок очистки от СО, теплообменник для предварительного охлаждения, основной теплообменник, сборник-сепаратор сжиженного газа, разделение осушенного потока на два - технологический и дополнительный, который направляется в блок очистки от СО, после очистки от СО из дополнительного потока выделяется продукционный поток, а оставшаяся часть подмешивается к технологическому потоку и понижает концентрацию СО в нем.
2
2
Техническим результатом является то, что снижение концентрации СО в сжимаемом потоке до значений, которые гарантируют невыпадение твердого СО в проточной части турбинного модуля позволяет повысить надежность и эффективность работы всей установки сжижения природного газа.
Для пояснения сущности предлагаемого технического решения на фигуре представлена схема установки частичного сжижения природного газа.
2
Установка частичного сжижения природного газа состоит из линии подачи природного газа 1 из источника газа высокого давления (магистрали), блока осушки 2 от паров воды, блока очистки 3 от СО, компрессорной ступени 4 и детандерной ступени 5, входящих в состав турбодетандерного агрегата (ТДА) 6, охладителя природного газа 7, предварительного теплообменника 8, основного теплообменника 9, дросселя 10, сборника-сепаратора 11.
Для повышения надежности и эффективности работы установки за счет оптимизации параметров технологического потока газа устройство снабжено связанным с трубопроводом продукционного потока 12, и трубопроводом детандерного потока 13, трубопроводом 14.
Установка работает следующим образом.
2
2
2
2
Природный газ, поступающий по линии 1 из источника газа высокого давления (магистрали), подается в блок осушки 2, где очищается от влаги. После осушки поток разделяется на два - технологический и дополнительный, который направляется на очистку от СО в блок очистки 3. После очистки от СО из дополнительного потока выделяется продукционный поток, а оставшаяся часть через трубопровод 14 подмешивается к технологическому потоку, снижая концентрацию СО в сжимаемом потоке до значений, которые гарантируют невыпадение твердого СО в проточной части турбинного модуля.
2
После подмешивания к технологическому потоку части очищенного от СО поток называемый детандерным поступает в компрессорную ступень 4 турбодетандерного агрегата 6, где сжимается за счет энергии, отводимой с вала турбодетандера.
2
Сжатый в компрессорной ступени 4 поток охлаждается возвращаемым на линию выхода ГРС потоком в охладителе природного газа 7, а затем поступает в предварительный теплообменник 8, где происходит его охлаждение за счет рекуперации холода возвращаемого потока. После предварительного теплообменника 8 поток подается в детандерную ступень 5 турбодетандерного агрегата 6, где расширяется и охлаждается с совершением внешней работы, которая расходуется на поджатие потока осушенного и разбавленного по СО газа.
Охлажденный в детандерной ступени 5 расширенный газ подается в межтрубное пространство основного теплообменника 9, где его холод используется для охлаждения продукционного потока перед дросселированием в дросселе 10 в сборник-сепаратор 11. Сборник-сепаратор служит для отделения и накопления жидкой фазы (СПГ). Несжиженный газ из сборника-сепаратора 11 и детандерный поток смешиваются в межтрубном пространстве основного теплообменника 9 и последовательно перепускаются в межтрубное пространство предварительного теплообменника 8 и охладителя природного газа 7, после чего прогретый газ сбрасывается в трубопровод на выходе из ГРС.
Продукционный поток последовательно проходит теплообменник предварительного охлаждения 8 и основной теплообменник 9, охлаждается до криогенных температур и дросселируется в сборник-сепаратор 11. Отделенная от пара в сепараторе жидкость представляет собой продукт - СПГ.