КОМПЛЕКС ДЛЯ РЕДУЦИРОВАНИЯ, СЖИЖЕНИЯ И КОМПРИМИРОВАНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА (ВАРИАНТЫ)
COMPLEX FOR REDUCTION, LIQUIDATION AND COMPRESSION OF NATURAL GAS (OPTIONS)

Изобретение относится к газораспределению и криогенной технике и может быть использовано для получения газа низкого давления, сжиженного природного газа (СПГ) и компримированного природного газа (КПГ) на газораспределительных станциях (ГРС) за счет использования перепада давления между магистральным и распределительным трубопроводами и может быть использовано в газовой промышленности.
Известен способ сжижения природного газа (варианты) и установка для его реализации (варианты) [RU 2438081, опубл. 27.12.2011 г., МПК F25J 1/00], в одном из вариантов включающая линию газа высокого давления, разделяющуюся на линию продукционного газа и линию технологического газа, которая оснащена блоком осушки, предварительным теплообменником и детандером, и соединена с линией обратного газа, образуя линию газа низкого давления с предварительным и основным теплообменниками. Линия продукционного потока оснащена компрессором, кинематически связанным с детандером, блоками осушки и очистки, а также предварительным и основным теплообменниками, дроссельным вентилем и сепаратором с линиями обратного газа и слива СПГ.
Недостатком известной установки является низкий выход СПГ и невозможность получения КПГ.
Наиболее близок к предлагаемому изобретению способ производства сжиженного природного газа и комплекс для его реализации [RU 2541360, опубл. 10.02.2015 г., МПК F25J 1/00], который включает соединенную с магистральной линией ГРС входную линию природного газа высокого давления со счетчиком газа, блоком осушки с линиями ввода продувочного газа и вывода газа регенерации, линию для утилизации тепла с теплообменником и регулятором давления, струйный компрессор газа вторичного редуцирования, счетчик газа низкого давления на выходе, блок очистки газа от углекислоты, а также компрессор газа высокого давления и детандер технологического газа, установленный после предварительного теплообменника, основной теплообменник, расположенный на линии продукционного газа после предварительного теплообменника, оснащенный линиями ввода/вывода смеси обратного газа с редуцированным технологическим газом, дроссель (редуцирующее устройство), сепаратор с клапаном и хранилище для СПГ с криогенным насосом.
Недостатками известного комплекса является низкий выход СПГ из-за термодинамической неэффективности использования энергии редуцирования технологического потока газа для его предварительного сжатия, большой расход электроэнергии, получаемой со стороны, на собственные нужды, а также невозможность получения КПГ.
Задачей предлагаемого изобретения является увеличение выхода СПГ, снижение расхода электроэнергии и получение КПГ.
Техническим результатом является увеличение выхода СПГ за счет установки на линии продукционного газа компрессора и теплообменников "сжатый продукционный газ/обратный газ" и "сжатый продукционный газ/газ низкого давления", а также путем подачи в основной теплообменник обратного газа за счет исключения соединения линии редуцированного технологического газа с линией обратного газа до основного теплообменника, снижение расхода электроэнергии путем использования электроэнергии, вырабатываемой при редуцировании технологического газа, за счет установки детандер-генератора на линии технологического газа после предварительного теплообменника, а также получение КПГ путем сжатия охлажденного продукционного газа за счет размещения компрессора и ресивера на ответвлении от линии охлажденного продукционного газа.
Предложено два варианта комплекса, первый позволяет вырабатывать СПГ, а второй СПГ и КПГ.
Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в известном комплексе, включающем входную линию природного газа высокого давления, на которой установлен блок осушки с линиями ввода продувочного газа и вывода газа регенерации, линию технологического газа с предварительным теплообменником и детандером, линию продукционного газа с блоком очистки газа, основным теплообменником, редуцирующим устройством, емкостью СПГ с линией обратного газа, и компрессор, особенность заключается в том, что компрессор установлен на линии продукционного газа вместе с теплообменниками "сжатый продукционный газ/обратный газ" и "сжатый продукционный газ/газ низкого давления", после которых размещены блок очистки и теплообменник "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ", линия обратного газа после теплообменника "сжатый продукционный газ/обратный газ" соединена с линией редуцированного технологического газа, а также линиями ввода продувочного газа с блоками очистки и осушки, которые соединены линиями вывода газов регенерации с линией редуцированного технологического газа после предварительного теплообменника, а на линии технологического газа после предварительного теплообменника в качестве детандера установлен детандер-генератор.
Второй вариант комплекса отличается наличием системы компримирования газа, включающей компрессор и ресивер, размещаемой на ответвлении от линии продукционного газа, расположенном между теплообменниками "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" и "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ".
Теплообменник "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" может быть выполнен двухсекционным, при этом блок очистки размещают между его секциями. На линиях газа высокого и низкого давления, сжиженного и компримированного газа установлены приборы учета, перед которыми, так же как и после блоков осушки и очистки установлены фильтры. На байпасной линии между линиями газа высокого и низкого давления при необходимости может быть расположена ГРС, при этом на линии сжатого продукционного газа может быть дополнительно установлен теплообменник нагрева части газа высокого давления, направляемого на ГРС по байпасной линии.
Компрессор продукционного газа может быть связан с детандером технологического газа как кинематически, так и посредством электродвигателя с электрогенератором. Редуцирующие устройства могут быть выполнены в виде дроссельных вентилей или детандеров, которые также могут быть или оснащены электрогенераторами или кинематически связаны с компрессором/компрессорами. Блок осушки может быть выполнен, например, в виде двух адсорберов. Блок очистки может включать узлы адсорбционной очистки от углекислого газа и тяжелых углеводородов. Временное хранение СПГ может осуществляться в сепараторах. В качестве остальных элементов комплекса могут быть установлены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.
Исполнение трубопровода технологического газа между детандером и теплообменником "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" должно исключать возможность образования на стенках отложений твердого углекислого газа, например, за счет высокой скорости и/или турбулизации потока газа. Исполнение теплообменника "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" должно исключать возможность накопления отложений твердого углекислого газа на внутренних поверхностях, например, за счет многосекционной конструкции с периодическим отключением секций по мере накопления отложений и их прогревом для испарения отложений твердого углекислого газа.
Установка теплообменников "сжатый продукционный газ/обратный газ" и "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" обеспечивает вывод из системы тепла, выделяющегося при сжатии газа, что уменьшает температуру сжатого продукционного газа перед редуцированием и позволяет увеличить выход СПГ, так же как и исключение соединения линии технологического газа с линией обратного газа до основного теплообменника, что позволяет более полно использовать потенциал холода обратного газа и понизить температуру сжатого продукционного газа. Установка детандер-генератора на линии технологического газа позволяет вырабатывать электроэнергию для привода компрессоров, за счет чего снизить или даже исключить (при высоком входном давлении) расход электроэнергии со стороны, а размещение компрессора и ресивера на ответвлении от линии охлажденного продукционного газа позволяет получать КПГ.
Первый вариант комплекса состоит из системы редуцирования газа, включающей блок осушки 1, предварительный теплообменник 2, детандер 3 и теплообменник "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" 4 и системы сжижения газа, включающей компрессор 5, теплообменники "сжатый продукционный газ/обратный газ" 6 и "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" 7, блок очистки 8, основной теплообменник 9, редуцирующее устройство 10 и сепаратор 11. Второй вариант комплекса дополнительно включает систему компримирования газа с компрессором 12 и ресивером 13.
Пунктиром показано опционное оборудование комплекса: система отгрузки СПГ, включающая редуцирующее устройство 14, вторичный сепаратор СПГ 15, компрессор 16 и криогенный насос 17; холодильник 18, устанавливаемый перед ресивером 13; теплообменник 19, размещаемый перед редуцирующим устройством 10, дополнительная секция теплообменника 4 при его двухсекционном исполнении, а также ГРС 20.
При работе системы редуцирования газа первого варианта комплекса природный газ, поступающий по линии 21 из трубопровода высокого давления, осушают в блоке 1 и разделяют на продукционный газ и технологический газ, который по линии 22 подают на охлаждение в теплообменник 2, редуцируют с помощью детандера 3, нагревают в теплообменниках 4 и 2, смешивают с газами регенерации, поступающими по линиям 23 и 24 из блоков 1 и 8, соответственно, и с частью обратного газа, подаваемой из линии 25 после теплообменника 6. Полученный газ низкого давления после нагрева в теплообменнике 7 по линии 26 подают потребителю. При необходимости часть природного газа может быть редуцирована в ГРС 20, располагаемой на байпасной линии 27.
При работе системы сжижения газа первого варианта комплекса продукционный газ, подаваемый по линии 28, сжимают компрессором 5, охлаждают в теплообменниках 6 и 7, очищают от углекислого газа и тяжелых углеводородов в блоке 8, охлаждают в теплообменниках 4 и 9, редуцируют с помощью устройства 10 и разделяют в сепараторе 11 на СПГ, выводимый по линии 29 потребителю или на хранение, и обратный газ, который по линии 25 подают на нагрев в теплообменники 9 и 6 и разделяют на две части, одну из которых подают в линию 22, а другую в качестве продувочного газа по линии 30 направляют в блоки 1 и 8 для регенерации адсорбентов. При двухсекционном исполнении теплообменника 4 блок 8 размещен между секциями и соединен с линиями 23 и 30.
Работа второго варианта комплекса отличается тем, что часть продукционного газа, подаваемую из линии 28 по ответвлению 31, расположенному между теплообменниками 7 и 9, сжимают компрессором 12 и накапливают в ресивере 13, из которого подают потребителю по линии 32. При необходимости сжатый газ перед подачей в ресивер 13 охлаждают в холодильнике 18.
При необходимости отгрузки СПГ с давлением, меньшим, чем давление в сепараторе 11 (или емкости хранения), его редуцируют с помощью устройства 14 и разделяют в сепараторе 15 на газ вторичного редуцирования, который после сжатия в компрессоре 16 по линии 32 подают в линию 26, и СПГ, который криогенным насосом 17 подают потребителю по линии 33. При необходимости рекуперации холода газа вторичного редуцирования его перед сжатием в компрессоре 16 подают в теплообменник 19.
Таким образом, предлагаемый комплекс позволяет увеличить выход СПГ, снизить расход электроэнергии, получить КПГ и может найти применение в газовой промышленности.