СПОСОБ СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА, ВКЛЮЧАЮЩИЙ ФАЗОВЫЙ ПЕРЕХОД

atm
1. Способ сжижения природного газа, содержащего большей частью метан и остальные компоненты, в основном содержащие азот и С2-С4 алканы, в котором природный газ для сжижения подвергается сжижению посредством протекания потока (Sg) природного газа под давлением Р0, большим или равным атмосферному давлению (P), по меньшей мере, в одном криогенном теплообменнике (ЕС1) в непрямом контакте, по меньшей мере, с одним первым потоком (S1) первого хладагента, содержащего первую смесь соединений, циркулирующую, по меньшей мере, в одной первой замкнутой петле циркуляционного контура с изменением фазы, при этом первый поток первого хладагента входит в первый теплообменник через первое входное отверстие (АА1) на «горячем» конце (АА) под давлением Р1, более высоким, чем Р0, и при температуре, по существу, равной температуре на входе Т0 природного газа, поступающего в первый теплообменник (ЕС1), причем хладагент проходит через теплообменник в параллельном потоке с потоком природного газа (Sg) и выходит из него на «холодном» конце (ВВ) в жидком состоянии, первый поток первого хладагента (S1), находящийся в жидком состоянии, расширяется при помощи первого детандера (D1) на холодном конце (ВВ) первого теплообменника (ЕС1), возвращаясь в газообразное состояние под давлением Р′1, более низким, чем Р1 и при температуре Т1, более низкой, чем температура ТО внутри первого теплообменника на его холодном конце (ВВ1), а затем выходя из первого теплообменника (ЕС1) через выходное отверстие (АА3) на его горячем конце (АА) в газообразном состоянии и, по существу, при температуре Т0, после этого первый поток первого хладагента, находящегося в газообразном состоянии, сжижается, по меньшей мере, частично и поступает к первому входному отверстию (АА1) на горячем конце первого теплообменника, представляя собой подачу первого потока первого хладагента, находящегося в жидком состоянии (S1), который, таким образом, циркулирует в замкнутом контуре, при этом сжижение первого потока первого хладагента, находящегося в газообразном состоянии, включает первое сжатие в первом компрессоре (С1) с последующей первой частичной конденсацией в первом конденсаторе (Н0) и разделением фаз в первом сепараторном баке (R1), разделяющем первую жидкую фазу первого хладагента и первую газообразную фазу первого хладагента, причем первая жидкая фаза (d1a) первого хладагента через нижнее выходное отверстие первого сепаратора (R1) подается с помощью насоса (РР), по существу под давлением Р1, по меньшей мере частично, к первому входному отверстию (АА1) на горячем конце (АА) первого теплообменника, представляя собой первый поток первого хладагента, находящегося в жидком состоянии, а первая газообразная фаза (d1b) первого хладагента через верхнее выходное отверстие первого сепаратора (R1) нагнетается, по существу, под давлением Р1 при помощи второго компрессора (С1А) и затем конденсируется, по меньшей мере частично, во втором конденсаторе (Н1), предпочтительно после смешивания, по меньшей мере, с одной частью первой жидкой фазы (d1a) первого хладагента, причем способ характеризуется тем, что первая газообразная фаза (d1b) первого хладагента на выходе из второго компрессора (С1А) охлаждается в пароохладителе (DS) посредством вхождения в контакт с частью (d1c) первой жидкой фазы (d1a) первого хладагента на выходе из первого сепаратора, причем данная часть (d1c) первой жидкой фазы первого хладагента микронизируется и испаряется внутри пароохладителя перед конденсацией во втором конденсаторе (Н1).
2. Способ по п. 1, в котором часть первой жидкой фазы первого хладагента (d1c) составляет менее 10% от массы общего потока первой суммарной жидкой фазы первого хладагента (d1a), с тем, чтобы полностью испариться внутри пароохладителя (DS) таким образом, что первый хладагент на выходе из пароохладителя находится полностью в газообразной фазе (d1e) перед тем, как он, по меньшей мере, частично конденсируется во втором конденсаторе, при этом поток (d1c) части первой жидкой фазы первого хладагента регулируется с помощью, по меньшей мере, одного регулирующего клапана (V1, V1A).
3. Способ по п. 1, в котором газообразная фаза (d1e) первого хладагента, охлажденная на выходе из пароохладителя, конденсируется частично во втором конденсаторе (Н1), а затем проводится второе разделение фаз во втором сепараторном баке (R1A), разделяющем вторую жидкую фазу первого хладагента (d1f) и вторую газообразную фазу (d1") первого хладагента, причем вторая жидкая фаза (d1f) первого хладагента через нижнее выходное отверстие (d1f) второго сепараторного бака (R1A) смешивается с остатком (d1d) первой жидкой фазы (d1a) первого хладагента и поступает в первое входное отверстие (АА1) на горячем конце (АА) первого теплообменника (ЕС1), образуя первый поток (d1′) первого хладагента, находящегося в жидком состоянии, по существу, при температуре Т0 и под давлением Р1, а вторая газообразная фаза через верхнее выходное отверстие (d2b) второго сепараторного бака (R1A), поступает под давлением Р1 и, по существу, при температуре Т0 ко второму входному отверстию (АА2) на горячем конце (АА) первого теплообменника (ЕС1) с образованием второго потока первого хладагента (S1A), проходящего через первый теплообменник в газообразном состоянии в параллельном потоке с потоком природного газа (Sg), и выходит из него (ВВ) в газообразном состоянии, и далее расширяется с помощью второго детандера (D1A) на холодном конце (ВВ) первого теплообменника (ЕС1), возвращаясь в газообразное состояние под давлением Р′1, более низком, чем Р1, и при температуре Т1, более низкой, чем температура Т0 внутри первого теплообменника рядом (ВВ2) с его холодным концом, а затем выходит через выходное отверстие (АА3) на его горячем конце в газообразном состоянии и, по существу, при температуре Т0, поступая далее к первому компрессору (С1) с первым потоком первого хладагента, находящегося в газообразном состоянии, через выходное отверстие из горячем конце (АА) первого теплообменника (ЕС1).
4. Способ по п. 1, в котором газообразная фаза (d1e) первого хладагента, охлажденная в пароохладителе (DS), полностью конденсируется во втором конденсаторе (Н1), а затем поступает в жидком состоянии, по существу, под давлением Р1 и при температуре Т0 к горячему концу (АА) первого теплообменника (ЕС1), чтобы пройти через первый теплообменник в параллельном потоке с потоком природного газа (Sg), смешанного с первым потоком первого хладагента, находящегося в жидком состоянии, или, предпочтительно, образовать второй поток (S1A) первого хладагента в жидком состоянии, проходящий через первый теплообменник в параллельном потоке с потоком природного газа (Sg) и выходящий из него (ВВ) в жидком состоянии, и далее расширяется с помощью второго детандера (D1A) на холодном конце (ВВ) первого теплообменника (ЕС1), возвращаясь в газообразное состояние под давлением Р′1, более низким, чем Р1, и при температуре Т1, более низкой, чем Т0, внутри третьего теплообменника (ВВ2) на его холодном конце, а затем выходит из него через выходное отверстие (АА3) на его горячем конце (АА) в газообразном состоянии и, по существу, при температуре Т0, поступая далее к первому компрессору (С1) вместе с первым потоком первого хладагента, находящегося в газообразном состоянии, через выходное отверстие на горячем конце (АА) первого теплообменника.
5. Способ по п. 1, в котором природный газ, выходящий из холодного конца первого теплообменника (ЕС1) при температуре, по существу, равной Т1, охлаждается и, по меньшей мере, частично сжижается, по меньшей мере, в одном втором криогенном теплообменнике (ЕС2), где природный газ для сжижения подвергается сжижению посредством протекания потока (Sg) природного газа в непрямом контакте, по меньшей мере, с одним первым потоком (S2) второго хладагента, содержащего вторую смесь соединений, текущих, по меньшей мере, в одной второй замкнутой петле циркуляционного контура с изменением фазы, причем второй поток хладагента входит во второй теплообменник (ЕС2) через первое входное отверстие (СС1) на «горячем» конце (СС) второго теплообменника при температуре, по существу, равной Т1, и под давлением Р2, проходя через второй теплообменник в параллельном потоке с потоком природного газа (Sg) и выходя из него (DD) при этой же температуре в жидком состоянии на «холодном» конце (DD) второго теплообменника, причем первый поток второго хладагента (S2), находящегося в жидком состоянии, расширяется при помощи третьего детандера (D2) на холодном конце (DD1) второго теплообменника (ЕС2), возвращаясь в газообразное состоянии под давлением Р′2, более низком, чем Р2, и при температуре Т2, более низкой, чем Т1, внутри второго теплообменника (DD1) на его холодном конце, а затем выходит через выходное отверстие (СС3) на горячем конце второго теплообменника (ЕС2) в газообразном состоянии по существу при температуре Т1, затем первый поток второго хладагента, находящегося в газообразном состоянии, частично повторно сжижается и подается к входному отверстию (СС1) на горячем конце второго теплообменника, представляя собой подачу первого потока второго хладагента в жидком состоянии (S2), который таким образом, циркулирует в замкнутой петле, при этом сжижение первого потока второго хладагента, находящегося в газообразном состоянии (S2), включает сжатие до уровня давления, равного Р2, в третьем компрессоре (С2), а затем охлаждение до температуры, по существу, равной Т0, в охлаждающем теплообменнике (Н2), после этого первый поток второго хладагента в газообразном состоянии подается к входному отверстию (АА4) на горячем конце (АА) первого теплообменника (ЕС1), через который он проходит (S1B), выходя из него (ВВ3) через его холодный конец (ВВ) в частично сжиженном состоянии, по существу, при температуре Т1, а затем подвергается разделению фаз в третьем сепараторном баке (R2), разделяющем жидкую фазу второго хладагента и газовую фазу второго хладагента, причем жидкая фаза (d2a) второго хладагента через нижнее выходное отверстие третьего сепараторного бака (R2) подается, по существу, при температуре Т1 и под давлением Р2 к первому входному отверстию (СС1) на горячем конце (СС) второго теплообменника, образуя первый поток второго хладагента в жидком состоянии (S2), а газообразная фаза (d2b) второго хладагента через верхнее выходное отверстие третьего сепаратора (R2), подается ко второму входному отверстию (СС2) на горячем конце (СС) второго теплообменника (ЕС2), по существу, при температуре Т1 и под давлением Р2, образуя второй поток (S2A) второго хладагента, проходящий через второй теплообменник (ЕС2) в газообразном состоянии и выходящий (DD3) на холодном конце второго теплообменника (ЕС2) перед тем, как выйти из него через выходное отверстие (СС3) на горячем конце (СС) второго теплообменника с тем, чтобы поступить к третьему компрессору (С2) вместе с первым потоком второго хладагента в газообразном состоянии.
6. Способ по п. 5, в котором природный газ, покидающий холодный конец (DD) второго теплообменника (ЕС2) при температуре, по существу, равной Т2, и в частично сжиженном состоянии, охлаждается и полностью сжижается при температуре Т3, более низкой, чем Т2, по меньшей мере, в одном третьем криогенном теплообменнике (ЕС3), где природный газ (Sg) протекает в непрямом контакте в параллельном потоке, по меньшей мере, с одним третьим потоком второго хладагента (S3), который подается как второй поток (S2A) второго хладагента, находящегося в газообразном состоянии, выходя из (DD3) холодного конца второго теплообменника (ЕС2), по существу, при температуре Т2 и под давлением Р2, третий поток второго хладагента (S3), проходящий в газообразном состоянии через третий теплообменник (ЕС3) в параллельном потоке с потоком сжиженного природного газа (Sg) и выходящий из него (FF), по существу, в газообразном состоянии, расширяется в четвертом детандере (D3) на холодном конце (FF) третьего теплообменника (ЕС1), возвращаясь (FF1) в газообразное состояние под давлением Р2′, более низким, чем Р2, и при температуре Т3, более низкой, чем Т2, внутри третьего теплообменника на (FF1) его холодном конце, а затем выходит из него через отверстие (ЕЕ1) на его горячем конца (ЕЕ) в газообразном состоянии и, по существу, при температуре Т2, чтобы затем поступить в отверстие (DD2) на холодном конце (DD) второго теплообменника (ЕС2), выйти из него через отверстие (СС3) на горячем конце (СС) второго теплообменника (ЕС2), и затем поступить к третьему компрессору (С2) вместе с первым потоком второго хладагента, находящегося в газообразном состоянии.
7. Способ по п. 1, в котором детандеры содержат клапаны с таким процентом открытия, который подходит для регулирования их (R) в реальном времени.
8. Способ по п. 1, в котором соединения природного газа и хладагентов выбирают из метана, азота, этана, этилена, пропана, бутана и пентана.
9. Способ по п. 1, в котором в состав природного газа для сжижения входят, находясь в следующих диапазонах и составляя в сумме 100%, следующие соединения:
метан от 80 до 100%;
азот от 0 до 20%;
этан от 0 до 20%;
пропан от 0 до 20%; и
бутан от 0 до 20%.
10. Способ по п. 1, в котором в состав природного газа для сжижения входят, находясь в следующих диапазонах и составляя в сумме 100%, следующие соединения:
метан от 2 до 50%;
азот от 0 до 10%;
этан и/или этилен от 20 до 75%;
пропан от 5 до 20%;
бутан от 0 до 30%; и
пентан от 0 до 10%.
11. Способ по п. 1, в котором температура имеет следующие значения:
Т0: от 10 до 60°С;
Т1: от -30 до -70°С;
Т2: от -100 до -140°С; и
Т3: от -160 до -170°С.
12. Способ по п. 1, в котором давление имеет следующие значения:
Р0: от 0,5 до 10 МПа;
Р1: от 1,5 до 10 МПа; и
Р2: от 2,5 до 10 МПа.
13. Установка на поверхности плавучей опоры для выполнения способа по любому из пп. 1-12, где установка содержит:
по меньшей мере, один первый теплообменник (ЕС1), содержащий, по меньшей мере:
первый трубопровод для потока (S1), проходящий через первый теплообменник (ЕС1) и пригодный для протекания по нему первого потока (S1) первого хладагента в жидком состоянии;
второй трубопровод для потока (S1A), проходящий через первый теплообменник (ЕС1) и пригодный для протекания по нему второго потока первого хладагента в газообразном или жидком состоянии; и
третий трубопровод (Sg), проходящий через первый теплообменник (ЕС1) и пригодный для протекания по нему природного газа для сжижения;
первый детандер (D1) между холодным выходным отверстием первого трубопровода (S1) и первым входным отверстием на холодном конце (ВВ1) корпуса первого теплообменника;
второй детандер (D1A) между холодным выходным отверстием второго трубопровода (S1A) и вторым входным отверстием на холодном конце (ВВ2) корпуса первого теплообменника;
первый компрессор (С1) с соединительной трубой между выходным отверстием (АА3) на горячем конце корпуса первого теплообменника (ЕС1) и входным отверстием первого компрессора (С1);
первый конденсатор (Н0) с соединительной трубой между выходным отверстием первого компрессора (С1) и входным отверстием первого конденсатора;
первый сепараторный бак (R1) с соединительной трубой между выходным отверстием первого конденсатора и первым сепараторным баком;
второй компрессор (С1А) с соединительной трубой между верхним выходным отверстием первого сепараторного бака и входным отверстием второго компрессора;
пароохладитель (DS) с соединительной трубой между выходным отверстием второго компрессора и входным отверстием для впуска газа (1) в пароохладитель;
второй конденсатор (Н1) с соединительной трубой между выходным отверстием пароохладителя и вторым конденсатором;
насос (РР), имеющий соединительную трубу между нижним выходным отверстием первого сепараторного бака (R1) и данным насосом, причем соединительная труба снабжена первым клапаном (V1) между выходным отверстием насоса (РР) и выходным отверстием (2) для впуска жидкости в пароохладитель (DS);
соединительную трубу между выходным отверстием насоса (РР) и входным отверстием первого трубопровода для первого хладагента (S1); и
соединительную трубу между выходным отверстием второго конденсатора (Н1) и входным отверстием второго трубопровода для первого хладагента (S1A).
14. Установка по п. 13, которая дополнительно содержит:
второй сепараторный бак (R1A) с соединительной трубой между выходным отверстием второго конденсатора (Н1) и вторым сепараторным баком (R1A);
соединительную трубу между верхним выходным отверстием второго сепараторного бака (R1A) и входным отверстием второго трубопровода для первого жидкого хладагента (S1A);
соединительную трубу между нижним выходным отверстием второго сепараторного бака (R1A) и входным отверстием первого трубопровода для первого жидкого хладагента (S1); и
соединительную трубу, снабженную вторым клапаном (V1A), находящимся между, во-первых, выходным отверстием насоса (РР), расположенного на предыдущем по отношению к первому клапану (V1) участке, а во-вторых, соединением при помощи этой соединительной трубы нижнего выходного отверстия второго сепараторного бака (R1A) и входного отверстия первого трубопровода для первого хладагента (S1).
15. Установка по п. 13, которая дополнительно содержит:
четвертый трубопровод (S1B), проходящий через первый теплообменник (ЕС1) и пригодный для того, чтобы второй поток второго хладагента в газообразном или жидком состоянии протекал по нему;
второй криогенный теплообменник (ЕС2), содержащий:
первый трубопровод (S2), проходящий через второй теплообменник (ЕС2), пригодный для того, чтобы по нему протекал первый поток второго хладагента в жидком состоянии;
второй трубопровод (S2A), проходящий через вышеупомянутый второй теплообменник (ЕС2), пригодный для того, чтобы по нему непрерывно протекал второй поток второго хладагента в газообразном состоянии; и
третий трубопровод (Sg), проходящий через второй теплообменник (ЕС2) и пригодный для того, чтобы природный газ для сжижения непрерывно протекал по этому третьему трубопроводу (Sg), проходящему также через первый теплообменник;
третий теплообменник (ЕС3), содержащий:
первый трубопровод (S3), проходящий через третий теплообменник (ЕС3) и пригодный для того, чтобы дать возможность второму потоку второго хладагента в газообразном состоянии непрерывно протекать через второй трубопровод (S2A), проходящий через второй теплообменник (ЕС2); и
второй трубопровод (Sg), проходящий через третий теплообменник (ЕС3) и пригодный для того, чтобы дать возможность природному газу для сжижения непрерывно протекать через третий трубопровод (Sg), проходящий через второй теплообменник (ЕС2);
третий сепараторный бак (R2);
соединительную трубу между холодным концом четвертого трубопровода (S1B) первого теплообменника и третьим сепараторным баком (R2);
соединительную трубу между нижним выходным отверстием третьего сепараторного бака и выходным отверстием (СС3) на горячем конце второго теплообменника (ЕС2);
соединительную трубу между верхним выходным отверстием третьего сепараторного бака и горячим концом второго трубопровода (S2A) второго теплообменника;
третий детандер (D2) между холодным выходным отверстием первого трубопровода (S2) второго теплообменника (ЕС2) и первым входным отверстием на холодном конце (DD1) корпуса второго теплообменника (ЕС2);
третий компрессор (С3) с соединительной трубой между выходным отверстием (СС3) на горячем конце корпуса второго теплообменника (ЕС2) и входным отверстием второго компрессора (С2);
теплообменник для охлаждения газа (Н2) с соединительной трубой между выходным отверстием второго компрессора (С2) и входным отверстием этого теплообменника для охлаждения газа (Н2);
соединительную трубу между выходным отверстием теплообменника для охлаждения газа (Н2) и входным отверстием на горячем конце четвертого трубопровода (S1B) первого теплообменника (ЕС1);
четвертый детандер (D3) между холодным концом первого трубопровода (S3) третьего теплообменника (ЕС3) и входным отверстием на холодном конце (FF1) корпуса третьего теплообменника (ЕС3); и
соединительную трубу между выходным отверстием (ЕЕ1) на горячем конце корпуса третьего теплообменника (ЕС2) и вторым входным отверстием (DD2) на холодном конце корпуса второго теплообменника (ЕС2).