СПОСОБ СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА
NATURAL GAS LIQUEFACTION METHOD

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в газовой промышленности для сжижения природного газа.
Известен способ частичного сжижения природного газа (варианты) [RU 2525759, опубл. 20.08.2014 г., МПК F25J 1/00], включающий предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления обратным потоком газа, его дросселирование и разделение на продукционный и технологический потоки, при этом технологический поток охлаждают частично нагретым дросселированным технологическим потоком, дросселируют, последовательно нагревают за счет реконденсации продукционного потока, охлаждения продукционного и технологического потоков и затем, после повторного дросселирования, направляют в обратный поток, кроме того, продукционный поток охлаждают, дросселируют, разделяют в ректификационной колонне на жидкую фракцию и паровую фракцию, которую направляют на реконденсацию с последующим направлением части реконденсированного продукционного потока в ректификационную колонну в качестве флегмового орошения, а также дросселированием другой части реконденсированного продукционного потока и разделением ее на жидкостную фазу, являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу, направляемую далее на охлаждение прямого потока.
Недостатком известного способа является низкий выход сжиженного газа (7,5-15,7%) из-за отсутствия рециркуляции обратного потока газа.
Наиболее близки по технической сущности к предлагаемому изобретению способ частичного сжижения природного газа и установка для его реализации [RU 2280826, опубл. 27.07.2006 г., МПК F25J 1/00], при этом способ включает предварительное охлаждение, очистку от масла и капельной влаги, адсорбционную осушку и очистку от углекислого газа прямого потока газа высокого давления (компрессата), полученного сжатием смеси природного газа и обратного (технологического) потока газа, его охлаждение до полной конденсации, очистку от твердых примесей фильтрованием, дросселирование, переохлаждение сжиженным природным газом и разделение на технологический поток, который используют для охлаждения и предварительного охлаждения компрессата и далее направляют на смешение с природным газом, и продуктовый поток, который дросселируют (редуцируют) и сепарируют на сжиженный природный газ, отводимый в качестве продукта и паровую фазу (газ сепарации), которой охлаждают компрессат, а затем используют в качестве регенерирующего потока для десорбции и топлива для привода компрессора и/или выводят с установки.
Недостатком данного способа является низкий выход сжиженного природного газа (60%) из-за недостаточного охлаждения компрессата при предварительном охлаждении.
Задачей предлагаемого изобретения является повышение выхода сжиженного природного газа.
Техническим результатом, получаемым при использовании изобретения, является повышение выхода сжиженного природного газа за счет охлаждения сторонним хладоагентом (например, воздухом) компрессата, имеющего после сжатия высокую температуру, перед его предварительным охлаждением технологическим потоком газа и топливным газом.
Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем предварительное охлаждение, очистку от масла и капельной влаги, адсорбционную осушку и очистку от углекислого газа компрессата, полученного сжатием смеси природного газа и технологического потока газа, охлаждение компрессата до полной конденсации, очистку от твердых примесей фильтрованием и разделение на технологический поток, который используют для охлаждения и предварительного охлаждения компрессата и далее направляют на смешение с природным газом, и продуктовый поток, который редуцируют и разделяют на сжиженный природный газ, выводимый в качестве продукта, и газ сепарации, которым охлаждают компрессат, а затем используют в качестве
топливного газа для привода компрессора, особенность заключается в том, что осушку компрессата осуществляют после его охлаждения сторонним хладоагентом, технологическим потоком газа и топливным газом до температуры, близкой к температуре гидратообразования, но превышающей ее, очистку компрессата от углекислого газа осуществляют после его предварительного охлаждения технологическим потоком газа и топливным газом до температуры, близкой к температуре точки росы по углекислому газу, но превышающей ее, затем компрессат разделяют на технологический и продуктовый потоки и производят их раздельное охлаждение и редуцирование, кроме того, газы регенерации осушки и очистки компрессата от углекислого газа смешивают с газом сепарации.
При необходимости природный газ предварительно очищают от паров ртути. Для получения сжиженного газа с высоким содержанием метана целесообразно продуктовый газ очищать от тяжелых углеводородов, например, также путем их адсорбции из продуктового газа, при этом газ регенерации направляют в поток топливного газа. Для достижения максимального выхода сжиженного природного газа целесообразно дополнительно охлаждать продуктовый газ газом сепарации.
Осушка компрессата после его охлаждения сторонним хладоагентом, технологическим потоком газа и топливным газом позволяет повысить эффективность осушки за счет понижения температуры осушаемого потока, а также уменьшить расход холода, получаемого во внутреннем холодильном цикле, снизить затраты топлива на сжатие природного газа и увеличить выход сжиженного газа за счет использования внешнего источника холода, например воздуха.
Очистка компрессата от углекислого газа после его предварительного охлаждения технологическим потоком газа и топливным газом до температуры, близкой к температуре точки росы по углекислому газу, но превышающей ее, позволяет уменьшить размеры адсорберов, а смешение газов регенерации осушки и очистки от углекислого газа с газом сепарации позволяет утилизировать их в качестве компонента топлива.
Охлаждение компрессата рекомендуется осуществлять до температуры, близкой к температуре точки росы по углекислому газу, но превышающей ее.
Разделение компрессата на технологический и продуктовый потоки перед их раздельным редуцированием позволяет упростить способ.
При реализации способа природный газ (I) в смеси с технологическим потоком газа (II), сжимают компрессором 1, охлаждают сначала сторонним хладагентом (например, воздухом) в теплообменнике 2, затем топливным газом (III) и технологическим потоком (II) в теплообменнике 3 до температуры не ниже температуры гидратообразования и подвергают адсорбционной осушке в блоке 4 с получением газа регенерации (IV) и осушенного газа (V), который охлаждают в теплообменнике 5, подвергают адсорбционной очистке от углекислого газа в блоке 6 с получением газа регенерации (VI) и очищенного газа (VII), который разделяют на технологический поток (VIII), который охлаждают в теплообменнике 7, редуцируют в устройстве 8 (например, дроссельном вентиле или детандере), последовательно нагревают в теплообменниках 7, 5 и 3 и смешивают с природным газом (I), и продуктовый поток (IX), который охлаждают в теплообменнике 7, редуцируют в устройстве 9 (например, дроссельном вентиле или детандере), и сепарируют в устройстве 10 (например, емкостном сепараторе) на сжиженный природный газ (X), выводимый с установки, и газ сепарации (XI), который последовательно нагревают в теплообменниках 7, 5 и 3, смешивая с газами регенерации (IV) и (VI), полученный при этом топливный газ (III) подают в качестве топлива в привод 11 компрессора 1, например двигатель внутреннего сгорания.
При необходимости технологические потоки очищают от механических примесей, а природный газ - от паров ртути (на схеме не показано). Для получения сжиженного природного газа с высоким содержанием метана продуктовый газ (IX) очищают от тяжелых углеводородов в блоке 12, например, путем адсорбции, при этом газ регенерации XI также смешивают с газом сепарации (XI) (показано пунктиром). Для достижения максимальной степени сжижения осуществляют дополнительное охлаждение продуктового газа (IX) газом сепарации (XI) в теплообменнике 13 (показано пунктиром).
5+
3
3
3
3
3
3
3
3
3
3
Сущность изобретения иллюстрируется следующим примером. Природный газ состава (% об.): метан 94,5%, этан 2,5%, пропан 0,4%, бутаны 0,3%, С 0,1%, углекислый газ 0,2%, азот 2,0%, в количестве 1324 нм/час при давлении 5,5 МПа и 20°C смешивают с 7371 нм/час технологического потока и сжимают до 20 МПа, охлаждают воздухом до 40°C, затем в рекуперационном теплообменнике до 20°C, сепарируют и осушают композитным адсорбентом с получением 8650 нм/час осушенного газа и 45 нм/час газа регенерации. Осушенный газ охлаждают до минус 30°C в рекуперационном теплообменнике и очищают от углекислого газа цеолитом NaA с получением 8605 нм/час очищенного газа и 45 нм/час газа регенерации. Очищенный газ разделяют на 7371 нм/час технологического потока и 1324 нм/час продуктового газа, потоки охлаждают до минус 140,5°C и редуцируют на детандерах, технологический поток - до 5,5 МПа, а продуктовый поток - до 0,15 МПа. Редуцированный технологический поток нагревают в рекуперационных теплообменниках до 20°C и направляют на смешение с природным газом. Редуцированный продуктовый поток сепарируют с получением 138 нм/час газа сепарации, который смешивают с газами регенерации, нагревают в рекуперационных теплообменниках до 20°C, а 228 нм/час полученного топливного газа и используют в качестве топлива для привода компрессора. Выход сжиженного природного газа с содержанием метана 91,1% масс, составил 89,1% масс.
При дросселировании потоков выход сжиженного природного газа с содержанием метана 91,0% масс снизился до 86,4%. В аналогичных условиях при сжижении природного газа способом по прототипу его выход не превышал 60%.
Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить выход сжиженного природного газа и может найти применение в газовой промышленности.