RU2645095C1 - Способ частичного сжижения природного газа - Google Patents

Способ частичного сжижения природного газа Download PDF

Info

Publication number
RU2645095C1
RU2645095C1 RU2017111174A RU2017111174A RU2645095C1 RU 2645095 C1 RU2645095 C1 RU 2645095C1 RU 2017111174 A RU2017111174 A RU 2017111174A RU 2017111174 A RU2017111174 A RU 2017111174A RU 2645095 C1 RU2645095 C1 RU 2645095C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
natural gas
gas
evaporator
lower stage
cascade
Prior art date
Application number
RU2017111174A
Other languages
English (en)
Inventor
Станислав Прокофьевич Горбачев
Илья Сергеевич Медведков
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ"
Priority to RU2017111174A priority Critical patent/RU2645095C1/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2645095C1 publication Critical patent/RU2645095C1/ru

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
    • F25J1/0268—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer using a dedicated refrigeration means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/004—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008—Hydrocarbons
    • F25J1/0082—Methane
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008—Hydrocarbons
    • F25J1/0085—Ethane; Ethylene
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008—Hydrocarbons
    • F25J1/0092—Mixtures of hydrocarbons comprising possibly also minor amounts of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0203—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0204—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a single flow SCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0211—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0212—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a single flow MCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0232—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes integration within a pressure letdown station of a high pressure pipeline system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/12—External refrigeration with liquid vaporising loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/60—Closed external refrigeration cycle with single component refrigerant [SCR], e.g. C1-, C2- or C3-hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0204—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the feed stream
    • F25J3/0209—Natural gas or substitute natural gas
    • F25J3/0214—Liquefied natural gas

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Изобретение относится к области сжижения газов и их смесей и может быть применено для частичного сжижения в каскадных установках на газораспределительных станциях (ГРС) магистральных газопроводов. Отбирают поток природного газа из магистрального газопровода на ГРС, предварительно осушают, очищают и направляют его в многопоточный теплообменник. Затем в испаритель нижнего каскада двухкаскадной холодильной машины, где природный газ охлаждается до температуры начала его конденсации и, по крайней мере, частично конденсируется. В нижнем и верхнем каскадах холодильной машины циркулируют хладагент нижнего каскада и хладагент верхнего каскада, которые представляют собой чистый химический компонент или азеотропную смесь, кипящую при постоянной температуре в испарителе нижнего каскада и верхнего каскада соответственно. После испарителя нижнего каскада природный газ расширяют в расширительном устройстве, а затем подают в сборник-сепаратор. Его разделяют на поток сжиженного природного газа, отводимого в качестве товарного продукта, и обратный поток несжиженного природного газа. Обратный поток подают в многопоточный теплообменник в качестве среды, охлаждающей природный газ, после чего отводят в распределительный газопровод на ГРС. Часть паров хладагента нижнего каскада, отгоняемых из испарителя нижнего каскада, направляется для предварительного охлаждения природного газа в многопоточный теплообменник. Природный газ на выходе из испарителя нижнего каскада имеет температуру, равную сумме температуры кипения хладагента и температурной недорекуперации в испарителе нижнего каскада. При увеличении расхода газа через ГРС в холодный период года увеличивают величину расхода природного газа, поступающего на сжижение, относительно величины расхода, обеспечивающего максимально достижимый коэффициент сжижения природного газа. 1 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к области сжижения газов и их смесей и может быть применено в каскадных установках на газораспределительных станциях магистральных газопроводов.
Наиболее близким аналогом заявленного изобретения является способ частичного сжижения природного газа по патенту RU 2212598, F25J 1/00, 20.09.2003, в котором природный газ высокого давления предварительно охлаждают и осушают. Далее отделяют часть прямого потока, расширяют и соединяют с обратным потоком. Прямой поток охлаждают, дросселируют и разделяют на паровую и жидкостную фазы в сборнике-сепараторе парожидкостной смеси. Паровую фазу из сепаратора разделяют на два потока. Первый поток направляют через регулятор давления газа в качестве обратного потока для охлаждения прямого потока. Второй поток повторно конденсируют за счет теплообмена с жидкостной фазой, которую направляют в обратный поток. Сконденсированную фазу дросселируют в сборник сжиженного газа с удалением паровой фазы.
Недостатком упомянутого технического решения является не достаточно высокая производительность способа частичного сжижения природного газа, обусловленная тем, что при отсутствии энергетических затрат и низких удельных капитальных вложениях упомянутый цикл является термодинамически низкоэффективными, что обуславливает низкий коэффициент сжижения в пределах 5% - 20%.
Кроме того, предел применения упомянутого выше и аналогичных циклов частичного сжижения ограничен пропускной способностью газораспределительных станций (ГРС) и имеющимся перепадом давления на ней. При наличии сезонного изменения давления в магистральном газопроводе и уменьшении отбора газа из сети низкого давления (распределительного газопровода) в летний период коэффициент сжижения установок частичного сжижения может быть снижен более чем в 2 раза по сравнению с зимним периодом. С целью стабилизации параметров установки проектирование осуществляется на минимальные или заниженные значения давления и расходов через ГРС, что приводит к снижению производительности установок и потенциальному увеличению парка хранения СПГ для компенсации неравномерности производства.
Технический результат предлагаемого способа направлен на увеличение производительности способа частичного сжижения природного газа на газораспределительных станциях путем повышения коэффициента сжижения.
Технический результат обеспечивается тем, что в способе частичного сжижения природного газа на газораспределительной станции (ГРС) магистрального газопровода отбирают поток природного газа из магистрального газопровода на ГРС, предварительно осушают, очищают и направляют его в многопоточный теплообменник, а затем в испаритель нижнего каскада двухкаскадной холодильной машины, где природный газ охлаждается до температуры начала его конденсации и, по крайней мере, частично конденсируется, при этом в нижнем и верхнем каскадах холодильной машины циркулируют хладагент нижнего каскада и хладагент верхнего каскада, которые представляют собой чистый химический компонент или азеотропную смесь, кипящую при постоянной температуре в испарителе нижнего каскада и верхнего каскада соответственно, после испарителя нижнего каскада природный газ расширяется в расширительном устройстве, а затем подается в сборник-сепаратор, где его разделяют на поток сжиженного природного газа, отводимого в качестве товарного продукта, и обратный поток несжиженного природного газа, который подают в многопоточный теплообменник в качестве среды, охлаждающей природный газ, после чего обратный поток несжиженного природного газа отводят в распределительный газопровод на ГРС, при этом часть паров хладагента нижнего каскада, отгоняемых из испарителя нижнего каскада, направляется для предварительного охлаждения природного газа в многопоточный теплообменник, причем природный газ на выходе из испарителя нижнего каскада имеет температуру, равную сумме температуры кипения хладагента и температурной недорекуперации в испарителе нижнего каскада, кроме того, при увеличении расхода газа через ГРС в холодный период года увеличивают величину расхода природного газа, поступающего на сжижение, относительно величины расхода, обеспечивающего максимально достижимый коэффициент сжижения природного газа kL.max, который определяется выражением:
Figure 00000001
, где
Figure 00000002
- удельная энтальпия природного газа на выходе из испарителя нижнего каскада, которая определяется давлением природного газа в испарителе нижнего каскада и температурой кипения хладагента нижнего каскада в испарителе нижнего каскада,
Figure 00000003
- удельная энтальпия природного газа в состоянии насыщенной жидкости при давлении и температуре в сборнике-сепараторе, r 2 - удельная теплота парообразования природного газа при давлении в сборнике-сепараторе.
Давление природного газа перед подачей на предварительное охлаждение может быть повышено до давления, при котором температура кипения в нижнем каскаде обеспечивает, по крайней мере, частичную конденсацию природного газа в испарителе нижнего каскада.
Сущность изобретения поясняется чертежами и таблицей.
На Фиг. 1 представлена установка, на которой может быть реализован заявленный способ частичного сжижения природного газа.
На Фиг. 2 представлен расчетный график удельных энергозатрат при частичном сжижении метана на ГРС с различными давлениями основного потока (охлаждение холодильным каскадным циклом на базе пропана и этилена).
На Фиг. 3 представлен расчетный график удельных энергозатрат при частичном сжижении метана на ГРС с различными давлениями основного потока (охлаждение холодильным каскадным циклом на базе пропана и этана).
В таблице представлена температура кипения хладагента в испарителе нижнего каскада в зависимости от некоторых типов возможных хладагентов.
Установка, на которой может быть реализован заявленный способ частичного сжижения природного газа, включает в себя линию сжижения природного газа и каскадную холодильную машину, состоящую из нижнего каскада I и верхнего каскада II.
Установка сжижения природного газа содержит устройство 1 регулирования давления и расхода, многопоточный теплообменник 2, испаритель 3 нижнего каскада, расширительное устройство 4, сборник-сепаратор 5 с трубопроводом 6 отвода сжиженного природного газа и трубопроводом 7 отвода обратного несжиженного потока природного газа.
Расширительное устройство 4 может собой представлять собой дроссель, трубу Вентури или эжектор.
В нижнем каскаде I хладагент циркулирует по следующим соединенным между собой трубопроводами элементам: испаритель 3 нижнего каскада, рекуперативный теплообменник 8, компрессор 9 нижнего каскада, испаритель-конденсатор 11 и расширительное устройство 10 нижнего каскада.
Хладагентом в нижнем каскаде I могут быть: этан, этилен, метан и др. Хладагент представляет собой чистый компонент или азеотропную смесь, кипящую в испарителе 3 нижнего каскада при постоянной температуре.
Верхний каскад II состоит из следующих элементов: испаритель-конденсатор И, компрессор 12 верхнего каскада, рекуперативный теплообменник 8, конденсатор 13 верхнего каскада и расширительное устройство 14 верхнего каскада.
Все элементы верхнего каскада II соединены между собой трубопроводами, в которых циркулирует хладагент. Хладагентом в верхнем каскаде II могут быть: пропан, пропилен, аммиак, фреоны R22, R12, R134, R404a, R502, R407c, R717, R410a, R507a, R600 и др.
Способ частичного сжижения газа осуществляется следующим образом.
Отбирают поток природного газа из магистрального газопровода газораспределительной станции (ГРС) с давлением 2,5 МПа и выше. При этом газ предварительно осушают и очищают от примесей (не показано), после чего через устройство 1 регулирования давления и расхода направляют его на вход многопоточного теплообменника 2, в котором он охлаждается до температуры минус 80…минус 100°С.
Затем газ подают на основное охлаждение в испаритель 3 нижнего каскада. При этом в случае если давление газа в магистральном трубопроводе недостаточно, то давление природного газа перед подачей на предварительное охлаждение в многопоточный теплообменник 2 повышают до давления, при котором в испарителе 3 нижнего каскада происходит, по крайней мере, частичная конденсация природного газа:
P≥Ps(TI+ΔTнк,x), где
Figure 00000004
Здесь Р - давление природного газа в испарителе нижнего каскада; Ps(T,x) - функция зависимости давления природного газа от температуры T и паросодержания х; TI - температура кипения хладагента в испарителе нижнего каскада; ΔTнк - температурная недорекуперация в испарителе нижнего каскада; х - паросодержание в природном газе на выходе из испарителя нижнего каскада, r 2, r 1 - удельная теплота парообразования природного газа при давлении в сборнике-сепараторе и давлении природного газа в испарителе нижнего каскада соответственно; kL - требуемый коэффициент сжижения установки сжижения, работающей по способу;
Figure 00000005
- удельная энтальпия природного газа на выходе из испарителя нижнего каскада,
Figure 00000006
- удельная энтальпия в состоянии насыщенной жидкости при давлении и температуре в сборнике-сепараторе.
Температура TI в зависимости от типа применяемого хладагента нижнего каскада приведена в таблице.
Природный газ, охлажденный в испарителе 3 нижнего каскада расширяют в расширительном устройстве 4, из которого природный газ подают в сборник-сепаратор 5, где его разделяют на поток сжиженного природного газа, отводимого по трубопроводу 6 в качестве товарного продукта, и на обратный поток несжиженного природного газа, который подают по трубопроводу 7 в многопоточный теплообменник 2 в качестве среды, охлаждающей природный газ, поступающий на вход многопоточного теплообменника 2.
Из многопоточного теплообменника 2 обратный поток отводят в выходной трубопровод ГРС (распределительный газопровод низкого давления).
Величина, равная отношению массового расхода товарной продукции (СПГ) L к массовому расходу сырьевого природного газа G, поступающего в установку, определяется как коэффициент сжижения kL:
Figure 00000007
Максимально достижимый в условиях производства СПГ на ГРС коэффициент сжижения kL.max однозначно определяется значением температуры кипения хладагента и давлением конденсации природного газа в испарителе нижнего каскада, но при повышении расхода газа через ГРС коэффициент может быть снижен путем увеличения расхода газа через установку и снижения холодопроизводительности внешнего каскадного цикла относительно значений, полученных при величине коэффициента сжижения, равного максимальному kL.max, при этом удельные энергозатраты на производство единицы массы СПГ уменьшатся.
Величина максимального коэффициента сжижения установки, работающей по способу, kL.max определяется выражением:
Figure 00000008
Это значит, что максимальная производительность установки, работающей по способу, на ГРС определяется выражением:
Figure 00000009
Здесь Vmin - минимальный часовой расход газа через ГРС (расход в сети низкого давления на ГРС) за расчетный период эксплуатации установки сжижения, кг/ч; L - производительность установки сжижения, кг/ч.
С целью повышения максимального коэффициента сжижения поток природного газа после конденсации в испарителе 3 нижнего каскада может быть переохлажден до температуры, определяемой температурой кипения хладагента нижнего каскада, согласно формуле:
Т охл =TI+ΔT нк
Figure 00000010
Здесь T охл - температура охлаждения жидкости в испарителе нижнего каскада; TI - температура кипения хладагента в испарителе нижнего каскада; ΔT нк - температурная недорекуперация в испарителе нижнего каскада; ΔkL.max - изменение максимального коэффициента сжижения в случае применения переохлаждения жидкости ниже температуры насыщения при давлении основного потока в испарителе нижнего каскада; Cs - удельная теплоемкость жидкости при давлении природного газа в испарителе нижнего контура; r 2 - удельная теплота парообразования природного газа при давлении в сборнике-сепараторе; Т' - температура природного газа в состоянии насыщенной жидкости в испарителе нижнего каскада.
Заметим, что согласно вышеприведенным формулам, чем ниже температура кипения хладагента нижнего каскада, тем выше значение максимального коэффициента сжижения может быть достигнуто. Максимальному коэффициенту сжижения будут соответствовать максимальные удельные энергозатраты в установке, работающей по заявленному способу.
При увеличении расхода газа через ГРС выше величины Vmin, что наблюдается в холодный период года, коэффициент сжижения может быть уменьшен за счет увеличения расхода газа через установку, что позволит снизить удельные энергозатраты на производство единицы массы СПГ, согласно зависимостям:
Figure 00000011
G=V+L
Figure 00000012
Figure 00000013
Figure 00000014
Здесь L - производительность установки сжижения, кг/ч; V - текущий расход газа через ГРС, кг/ч; Q0 - холодопроизводительность внешнего каскадного цикла, кДж/ч; G - расход потока сырьевого природного газа в установке, кг/ч; hG, hN, hL - удельные массовые энтальпии прямого потока газа на входе в установку, обратного неожиженного потока газа на выходе из установки и СПГ соответственно, кДж/кг; kL - коэффициент сжижения установки, работающей по способу, ε - удельные энергозатраты установки, работающей по способу, кДж/кг; ε ХМ - холодильный коэффициент внешнего каскадного цикла.
Таким образом, располагая на ГРС избыточным количеством газа высокого давления и увеличивая расход газа на ГРС, можно при постоянной производительности установки сжижения, работающей по способу, снизить ее удельные энергозатраты. Кроме того, изменяя расход газа на установку и холодопроизводительность внешнего каскадного холодильного контура, можно эффективно регулировать производительность установки по СПГ, в том числе поддерживать ее постоянной при сезонном изменении параметров газа в магистральном газопроводе.
Контуры I и II образуют холодильный каскад и могут быть представлены холодильными машинами с произвольной технологической схемой и составом оборудования, но при этом охлаждение хладагента нижнего каскада осуществляется посредством хладагента верхнего каскада.
Для установки на фиг. 1, реализующей способ, по нижнему каскаду I охлаждения природного газа хладагент циркулирует нижеследующим образом.
В испарителе 3 нижнего каскада хладагент кипит, а пары хладагента отводятся из испарителя 3 нижнего каскада и разделяются на два потока, один из которых подается в многопоточный теплообменник 2, а второй - в рекуперативный теплообменник 8. В многопоточном теплообменнике 2 пары хладагента охлаждают природный газ, а в рекуперативном теплообменнике 8 пары хладагента нижнего каскада охлаждают хладагент нижнего каскада после его сжатия в компрессоре нижнего каскада 9.
В испарителе 3 нижнего каскада природный газ охлаждается до температуры насыщения, соответствующей давлению природного газа на входе в испаритель 3 нижнего каскада и, по крайней мере, частично конденсируется за счет испарения хладагента нижнего каскада.
Поток хладагента нижнего каскада после многопоточного теплообменника 2 и поток хладагента нижнего каскада после рекуперативного теплообменника 8 смешиваются и подаются на сжатие в компрессор 9 нижнего каскада, из которого сжатый хладагент поступает в рекуперативный теплообменник 8, где хладагент нижнего каскада I охлаждается хладагентом верхнего каскада II и частью паров хладагента нижнего каскада, поступающими из испарителя 3 нижнего каскада.
Далее хладагент нижнего каскада поступает в испаритель-конденсатор 11, в котором он охлаждается и конденсируется за счет кипения хладагента верхнего каскада II.
Давление хладагента в нижнем каскаде I определяется температурой кипения хладагента верхнего каскада в испарителе-конденсаторе 11. После чего хладагент нижнего каскада расширяется в расширительном устройстве 10 и поступает в испаритель 3 нижнего каскада.
Для установки на фиг. 1, реализующей способ, по верхнему каскаду II хладагент циркулирует нижеследующим образом.
Из испарителя-конденсатора 11 пары хладагента верхнего каскада поступают в рекуперативный теплообменник 8, где они охлаждают хладагент нижнего каскада. После чего пары хладагента верхнего каскада поступают на вход компрессора 12 верхнего каскада, из которого хладагент верхнего каскада поступает в конденсатор 13, где пары хладагента верхнего каскада конденсируются посредством отвода от них тепла в окружающую среду.
Из конденсатора 13 хладагент верхнего каскада поступает через расширительное устройство 14 в испаритель-конденсатор 11, в котором он кипит в процессе охлаждения хладагента нижнего каскада.
После испарителя-конденсатора 11 пары хладагента верхнего каскада II направляются в рекуперативный теплообменник 8, что обеспечивает рекуперацию холода паров для предварительного охлаждения хладагента в нижнем каскаде I.
Во всех рассмотренных вариантах давление распределительной сети и СПГ принято равным 0,5 МПа.
Заявленный способ частичного сжижения природного газа позволяет сжижать природный газ с давлением от 3 до 4,5 МПа с коэффициентом сжижения от 0,1 до 0,6, который в несколько раз выше, чем в существующих способах частичного сжижения на ГРС с величиной удельных энергозатрат, не превышающей 0,25 кВт-ч/кг СПГ, что соответствует показателям наиболее энергоэффективных циклов полного сжижения с внешним охлаждением.
Figure 00000015

Claims (6)

1. Способ частичного сжижения природного газа на газораспределительной станции (ГРС) магистрального газопровода, в котором отбирают поток природного газа из магистрального газопровода на ГРС, предварительно осушают, очищают и направляют его в многопоточный теплообменник, а затем в испаритель нижнего каскада двухкаскадной холодильной машины, где природный газ охлаждается до температуры начала его конденсации и, по крайней мере, частично конденсируется, при этом в нижнем и верхнем каскадах холодильной машины циркулируют хладагент нижнего каскада и хладагент верхнего каскада, которые представляют собой чистый химический компонент или азеотропную смесь, кипящую при постоянной температуре в испарителе нижнего каскада и верхнего каскада соответственно, после испарителя нижнего каскада природный газ расширяется в расширительном устройстве, а затем подается в сборник-сепаратор, где его разделяют на поток сжиженного природного газа, отводимого в качестве товарного продукта, и обратный поток несжиженного природного газа, который подают в многопоточный теплообменник в качестве среды, охлаждающей природный газ, после чего обратный поток несжиженного природного газа отводят в распределительный газопровод на ГРС, при этом часть паров хладагента нижнего каскада, отгоняемых из испарителя нижнего каскада, направляется для предварительного охлаждения природного газа в многопоточный теплообменник, причем природный газ на выходе из испарителя нижнего каскада имеет температуру, равную сумме температуры кипения хладагента и температурной недорекуперации в испарителе нижнего каскада, кроме того, при увеличении расхода газа через ГРС в холодный период года увеличивают величину расхода природного газа, поступающего на сжижение, относительно величины расхода, обеспечивающего максимально достижимый коэффициент сжижения природного газа kL.max, который определяется выражением:
Figure 00000016
, где
Figure 00000017
- удельная энтальпия природного газа на выходе из испарителя нижнего каскада, которая определяется давлением природного газа в испарителе нижнего каскада и температурой кипения хладагента нижнего каскада в испарителе нижнего каскада,
Figure 00000018
- удельная энтальпия природного газа в состоянии насыщенной жидкости при давлении и температуре в сборнике-сепараторе,
r2 - удельная теплота парообразования природного газа при давлении в сборнике-сепараторе.
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что давление природного газа перед подачей на предварительное охлаждение повышают до давления, при котором температура кипения в нижнем каскаде обеспечивает, по крайней мере, частичную конденсацию природного газа в испарителе нижнего каскада.
RU2017111174A 2017-04-03 2017-04-03 Способ частичного сжижения природного газа RU2645095C1 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017111174A RU2645095C1 (ru) 2017-04-03 2017-04-03 Способ частичного сжижения природного газа

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017111174A RU2645095C1 (ru) 2017-04-03 2017-04-03 Способ частичного сжижения природного газа

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2645095C1 true RU2645095C1 (ru) 2018-02-15

Family

ID=61227016

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017111174A RU2645095C1 (ru) 2017-04-03 2017-04-03 Способ частичного сжижения природного газа

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2645095C1 (ru)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2212598C1 (ru) * 2002-02-26 2003-09-20 Горбачев Станислав Прокофьевич Способ частичного сжижения природного газа и установка для его реализации
RU2226660C2 (ru) * 1998-12-18 2004-04-10 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Способ ожижения потока газа (варианты)
EA012809B1 (ru) * 2005-11-14 2009-12-30 Конокофиллипс Компани Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления
RU2537483C2 (ru) * 2009-07-03 2015-01-10 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Способ получения охлажденного углеводородного потока и устройство для его осуществления
CN106500458A (zh) * 2016-11-03 2017-03-15 成都赛普瑞兴科技有限公司 预冷式天然气液化工艺及***

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2226660C2 (ru) * 1998-12-18 2004-04-10 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Способ ожижения потока газа (варианты)
RU2212598C1 (ru) * 2002-02-26 2003-09-20 Горбачев Станислав Прокофьевич Способ частичного сжижения природного газа и установка для его реализации
EA012809B1 (ru) * 2005-11-14 2009-12-30 Конокофиллипс Компани Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления
RU2537483C2 (ru) * 2009-07-03 2015-01-10 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Способ получения охлажденного углеводородного потока и устройство для его осуществления
CN106500458A (zh) * 2016-11-03 2017-03-15 成都赛普瑞兴科技有限公司 预冷式天然气液化工艺及***

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2307990C2 (ru) Объединенный многоконтурный способ охлаждения для сжижения газа
US10502483B2 (en) Integrated pre-cooled mixed refrigerant system and method
US6347531B1 (en) Single mixed refrigerant gas liquefaction process
RU2307297C2 (ru) Объединенный многоконтурный способ охлаждения для сжижения газа
RU2226660C2 (ru) Способ ожижения потока газа (варианты)
RU2331826C2 (ru) Комбинированный цикл сжижения газа, использующий множество детандеров
CN104204698B (zh) 液化天然气形成
RU2645185C1 (ru) Способ сжижения природного газа по циклу высокого давления с предохлаждением этаном и переохлаждением азотом "арктический каскад" и установка для его осуществления
CN105004141B (zh) 液化富烃馏分的方法
MX2015005359A (es) Licuacion de gas natural.
KR20010067317A (ko) 혼합 냉매를 중간 온도에서 부분적으로 응축시키는 기체액화 방법
WO2008020044A2 (en) Method and apparatus for liquefying a hydrocarbon-containing feed stream
RU2568697C2 (ru) Способ сжижения фракции, обогащенной углеводородами
RU2317497C2 (ru) Способ сжижения богатого углеводородами потока с одновременным извлечением c3+-богатой фракции с высоким выходом
RU2482405C2 (ru) Способ запуска холодильного контура, содержащего смесь углеводородов
KR20170130502A (ko) 산업용 및 탄화수소 가스 액화
RU2645095C1 (ru) Способ частичного сжижения природного газа
RU2705130C2 (ru) Способ сжижения богатой углеводородами фракции
AU2015273603B2 (en) De-superheater system and compression system employing such de-superheater system, and method of producing a pressurized and at least partially condensed mixture of hydrocarbons
RU2576410C2 (ru) Способ сжижения природного газа
RU2623021C1 (ru) Способ ожижения природного газа

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner
PC41 Official registration of the transfer of exclusive right

Effective date: 20211129