RU2702680C1 - Unit for reduction of natural gas with generation of lng - Google Patents

Abstract

FIELD: cryogenics.

SUBSTANCE: invention relates to cryogenic equipment and can be used for production of liquefied natural gas (LNG) at extraction of gas by several consumers at gas-distributing stations. Claimed natural gas reduction unit with LNG generation includes gas drying and cleaning units, heat exchanger, separator, reducing device, as well as expander and compressor, connected to each other, wherein on production gas line on first compressor, first cooler, first section of heat exchanger, cleaning unit, second section of heat exchanger, reducing device and separator, equipped with output line LNG and return gas line, which is connected to process gas line after expander, forming low pressure gas line, on which heat exchanger is located, wherein on the process gas line upstream of the expander there is an auxiliary cooler located also on at least one auxiliary gas line with a reducing device connected to the high pressure gas line after the drying unit, in addition, on the process gas line a bypass line is made, on which the refrigerating machine is installed, and the low pressure gas line is connected to the process gas line with a circulating gas line, on which the second compressor and the second cooler are installed.

EFFECT: increased output of LNG due to reduction of temperature of reduced production gas by optimization of heat exchange, possibility of gas withdrawal by several consumers at different pressures due to installation of auxiliary gas bleeding lines with reducing devices and provision of constant output of LNG due to equipping of unit with refrigerating machine and circulating compressor.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для получения сжиженного природного газа (СПГ) при отборе газа несколькими потребителями на газораспределительных станциях.The invention relates to cryogenic technology and can be used to produce liquefied natural gas (LNG) for the selection of gas by several consumers at gas distribution stations.

Известен способ производства сжиженного природного газа и комплекс для его реализации [RU 2541360, опубл. 10.02.2015 г., МПК F25J 1/00], который включает входную линию природного газа с фильтром-пылеуловителем, счетчиком газа, блоком осушки и фильтром, линию для утилизации тепла с теплообменником и регулятором давления, струйный компрессор, счетчик газа на выходе, блок очистки газа с фильтром, а также предварительный теплообменник, детандер-компрессорный агрегат со вспомогательными системами, основной теплообменник, дроссель, сепаратор и хранилище СПГ с криогенным насосом.A known method for the production of liquefied natural gas and a complex for its implementation [RU 2541360, publ. 02.10.2015, IPC F25J 1/00], which includes a natural gas inlet line with a dust filter, a gas meter, a drying unit and a filter, a heat recovery line with a heat exchanger and a pressure regulator, a jet compressor, an outlet gas meter, a gas purification unit with a filter, as well as a preliminary heat exchanger, an expander-compressor unit with auxiliary systems, a main heat exchanger, a throttle, a separator and an LNG storage with a cryogenic pump.

Недостатками известного комплекса является низкий выход СПГ из-за нерационального расходования энергии редуцирования.The disadvantages of the known complex is the low yield of LNG due to the waste of energy reduction.

Наиболее близка к предлагаемому изобретению установка сжижения природного газа и способ ее работы (варианты) [RU 2671665, опубл. 06.11.2018 г., МПК F25J 1/00], в одном из вариантов включающая блоки осушки и очистки газа, теплообменники: предварительный, основной, "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" и "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ", редуцирующее устройство, детандер, компрессор и сепаратор.Closest to the proposed invention, the installation of liquefaction of natural gas and the method of its operation (options) [RU 2671665, publ. November 6, 2018, IPC F25J 1/00], in one of the options including gas drying and purification units, heat exchangers: preliminary, main, “compressed production gas / low pressure gas” and “purified compressed production gas / reduced process gas” , reducing device, expander, compressor and separator.

Недостатками данной установки является низкий выход СПГ, невозможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях газа и неравномерный выход СПГ в связи с сезонными колебаниями отбора газа низкого давления.The disadvantages of this installation are the low LNG output, the impossibility of gas extraction by several consumers at different gas pressures and the uneven LNG output due to seasonal fluctuations in low-pressure gas extraction.

Задачей изобретения является увеличение выхода СПГ, возможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях и обеспечение постоянства выхода СПГ.The objective of the invention is to increase the yield of LNG, the ability to select gas by several consumers at different pressures and ensuring a constant output of LNG.

Техническим результатом является увеличение выхода СПГ за счет снижения температуры редуцированного продукционного газа путем оптимизации теплообмена, возможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях за счет установки вспомогательных линий отбора газа с редуцирующими устройствами и обеспечение постоянства выхода СПГ за счет оснащения установки холодильной машиной и циркуляционным компрессором.The technical result is an increase in LNG output by lowering the temperature of the reduced production gas by optimizing heat transfer, the possibility of gas extraction by several consumers at different pressures due to the installation of auxiliary gas extraction lines with reducing devices, and ensuring a constant LNG output by equipping the unit with a refrigeration machine and a circulation compressor.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке, включающей блоки осушки и очистки газа, теплообменник, сепаратор, редуцирующее устройство, а также детандер и компрессор, соединенные между собой, особенность заключается в том, что на линии продукционного газа последовательно расположены первый компрессор, первый холодильник, первая секция теплообменника, блок очистки, вторая секция теплообменника, редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией обратного газа, которая соединена с линией технологического газа после детандера, образуя линию газа низкого давления, на которой расположен теплообменник, при этом на линии технологического газа перед детандером установлен вспомогательный холодильник, расположенный также на по меньшей мере одной линии вспомогательного газа с редуцирующим устройством, соединенной с линией газа высокого давления после блока осушки, кроме того, на линии технологического газа выполнена байпасная линия, на которой установлена холодильная машина, а линия газа низкого давления соединена с линией технологического газа линией циркуляционного газа, на которой установлены второй компрессор и второй холодильник.The specified technical result is achieved by the fact that in a known installation, including gas drying and purification units, a heat exchanger, a separator, a reducing device, as well as an expander and a compressor connected to each other, the feature is that the first compressor is arranged in series on the production gas line, the first refrigerator, the first section of the heat exchanger, the cleaning unit, the second section of the heat exchanger, a reducing device and a separator equipped with an LNG output line and a return gas line that is connected to a process gas line after the expander, forming a low pressure gas line on which the heat exchanger is located, while an auxiliary refrigerator is installed on the process gas line in front of the expander, also located on at least one auxiliary gas line with a reducing device connected to the high pressure gas line after the drying unit, in addition, a bypass line is made on the process gas line, on which a refrigeration machine is installed, and a low pressure gas line is connected to the process gas by a circulation gas line on which a second compressor and a second refrigerator are installed.

В качестве редуцирующих устройств могут быть установлены редуцирующие вентили, газодинамические устройства или детандеры. Компрессор соединен с детандером(ами) с помощью кинематической и/или электрической, и/или магнитной, и/или гидравлической связи. Холодильники могут быть выполнены, например, в виде аппаратов водяного или воздушного охлаждения. Блок очистки может быть выполнен, например, в виде узла адсорбционной очистки от углекислого газа. Через линии вспомогательного газа осуществляют отбор газа с давлением, отличающемся от давления газа низкого давления. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.Reducing valves, gas-dynamic devices or expanders can be installed as reducing devices. The compressor is connected to the expander (s) via kinematic and / or electrical and / or magnetic and / or hydraulic coupling. Refrigerators can be made, for example, in the form of water or air cooling devices. The cleaning unit may be performed, for example, in the form of a site for adsorption removal of carbon dioxide. Through the auxiliary gas lines, gas is drawn at a pressure different from the pressure of the low pressure gas. As the remaining elements of the installation can be placed any device of the corresponding purpose, known from the prior art.

Предотвращение отложения твердого углекислого газа в линии редуцированного технологического газа достигается, например, за счет высокой скорости и/или турбулизации потока газа, а в предварительном теплообменнике - за счет его исполнения в виде многосекционного аппарата с возможностью периодического отключения секций для их прогрева. В качестве продувочного газа для адсорбционной очистки может быть использована часть очищенного продукционного газа, а газ регенерации может быть направлен в линию газа низкого давления. При необходимости отгрузки СПГ при более низком давлении, чем давление его хранения, СПГ редуцируют и сепарируют, направляя полученный СПГ низкого давления на отгрузку, а газ сепарации после сжатия - в линию обратного газа. При необходимости повышения выхода СПГ привод компрессора подпитывают дополнительным количеством энергии.Prevention of the deposition of solid carbon dioxide in the reduced process gas line is achieved, for example, due to the high speed and / or turbulization of the gas flow, and in the preliminary heat exchanger due to its execution in the form of a multi-section apparatus with the possibility of periodic shutdown of sections for their heating. As a purge gas for adsorption purification, a portion of the purified production gas can be used, and the regeneration gas can be directed to the low pressure gas line. If it is necessary to ship LNG at a lower pressure than its storage pressure, LNG is reduced and separated, directing the obtained LNG to low pressure for shipment, and the separation gas after compression is sent to the return gas line. If you need to increase the output of LNG, the compressor drive is fed with additional energy.

Предложенная схема охлаждения сжатого продукционного газа в холодильнике и в теплообменнике позволяет вывести из установки тепло, выделившееся при сжатии продукционного газа, понизить его температуру и увеличить выход СПГ. Расположение по меньшей мере одной линии вспомогательного газа, соединенной с линией газа высокого давления и оснащенной детандером и холодильником технологического газа позволяет отбирать газ при разных давлениях нескольким потребителям, а также, при необходимости, использовать энергию редуцирования вспомогательного газа в целях повышения выхода СПГ. Постоянство выхода СПГ обеспечивает установка холодильной машины на байпасной линии технологического газа для снижения температуры последнего перед редуцированием, и, дополнительно, установка второго компрессора и второго холодильника на линии подачи циркуляционного газа, что позволяет увеличить расход технологического газа и обеспечивает постоянство температуры продукционного газа перед редуцированием.The proposed scheme for cooling the compressed production gas in the refrigerator and in the heat exchanger allows you to remove the heat released during compression of the production gas from the installation, lower its temperature and increase the LNG output. The location of at least one auxiliary gas line connected to the high-pressure gas line and equipped with an expander and a process gas cooler allows several consumers to take gas at different pressures and, if necessary, use the auxiliary gas reduction energy to increase LNG output. The constant LNG output is ensured by the installation of a refrigeration machine on the bypass line of the process gas to lower the temperature of the latter before reduction, and, in addition, the installation of a second compressor and a second refrigerator on the circulating gas supply line, which allows to increase the consumption of process gas and ensures a constant temperature of the production gas before reduction.

Установка включает блоки осушки 1 и очистки 2, теплообменник 3, первый 4, второй 5 и вспомогательный 6 холодильники, детандер 7, редуцирующие устройства 8 и 9 (условно показаны детандеры в качестве редуцирующих устройств и одна линия вспомогательного газа), первый 10 и второй 11 компрессоры, сепаратор 12 и холодильная машина 13. Пунктиром показано оборудование узла отгрузки: редуцирующее устройство 14, сепаратор 15 и компрессор 16.The installation includes drying and cleaning units 2, heat exchanger 3, first 4, second 5 and auxiliary 6 refrigerators, expander 7, reducing devices 8 and 9 (expanders are shown as reducing devices and one auxiliary gas line), the first 10 and second 11 compressors, separator 12 and refrigeration machine 13. The dotted line shows the equipment of the shipment unit: reducing device 14, separator 15 and compressor 16.

Установка эксплуатируется в трех режимах: зимнем, весенне-осеннем и летнем. При работе установки (фиг. 1) в зимнем режиме, при максимальном отборе газа низкого давления, краны 17-20 закрыты, а кран 21 открыт, природный газ высокого давления, поступающий по линии 22, осушают в блоке 1 и разделяют на продукционный, технологический и вспомогательный газ, последний редуцируют в детандере 9, нагревают в холодильнике 6 и выводят по линии 23. Технологический газ по линии 24 после охлаждения в холодильнике 6 направляют в детандер 7, смешивают с обратным газом, подаваемым по линии 25, а полученный газ низкого давления нагревают в теплообменнике 3 и выводят по линии 26. Продукционный газ, подаваемый по линии 27, сжимают компрессором 10, охлаждают в холодильнике 4 и первой секции теплообменника 3, очищают от углекислоты в блоке 2, затем доохлаждают во второй секции теплообменника 3, редуцируют с помощью детандера 8 и разделяют в сепараторе 12 на СПГ, выводимый по линии 28, и обратный газ, который по линии 25 подают в линию 24. Пунктиром показана подача продувочного газа в блок 2 по линии 29 из линии 27, подача газа регенерации из блока 2 по линии 30 в линию 26, подача дополнительного количества энергии в компрессор 10 по линии 31, а также снижение давления СПГ путем его редуцирования с помощью устройства 14, и разделения в сепараторе 15 на СПГ низкого давления, выводимый по линии 32, и газ сепарации, который сжимают компрессором 16 и подают по линии 33 в линию 25. Соединение детандера 7 и, возможно, 8 и 9 с компрессором 10 показано штрих-пунктиром.The unit is operated in three modes: winter, spring-autumn and summer. When the installation (Fig. 1) is in winter mode, with the maximum low-pressure gas extraction, the taps 17-20 are closed and the valve 21 is open, the high-pressure natural gas coming through line 22 is drained in block 1 and divided into production, process and auxiliary gas, the latter is reduced in expander 9, heated in the refrigerator 6 and removed via line 23. The process gas through line 24, after cooling in the refrigerator 6, is sent to expander 7, mixed with the return gas supplied via line 25, and the resulting low-pressure gas heated in heat Ennik 3 and withdrawn through line 26. The production gas supplied through line 27 is compressed by compressor 10, cooled in the refrigerator 4 and the first section of the heat exchanger 3, cleaned of carbon dioxide in block 2, then cooled in the second section of the heat exchanger 3, reduced using expander 8 and separated in the separator 12 into the LNG discharged through line 28 and the return gas, which is fed through line 25 to line 24. The dotted line shows the purge gas supply to block 2 along line 29 from line 27, and the regeneration gas supply from block 2 to line 30 in line 26, the supply of an additional amount of en energy to the compressor 10 through line 31, as well as reducing the pressure of the LNG by reducing it using the device 14, and separating the low pressure LNG in the separator 15, discharged through line 32, and the separation gas, which is compressed by compressor 16 and fed through line 33 to line 25. The connection of the expander 7 and possibly 8 and 9 with the compressor 10 is shown by a dashed line.

При работе установки в весенне-осеннем режиме, когда отбор газа низкого давления снижается, при закрытых кранах 19-21 и открытых кранах 17 и 18, технологический газ по байпасу пропускают через холодильную машину 13 для снижения температуры технологического газа и поддержания постоянного выхода СПГ. В летнем режиме, при значительном снижении отбора газа низкого давления, дополнительно открывают краны 19 и 20 и рециркулируют часть газа низкого давления из линии 26 в линию 24 с помощью компрессора 11 и холодильника 5, что обеспечивает постоянство отбора СПГ.When the unit is operating in the spring-autumn mode, when low-pressure gas extraction is reduced, with closed taps 19-21 and open taps 17 and 18, the process gas is bypassed through a refrigeration machine 13 to reduce the temperature of the process gas and maintain a constant LNG outlet. In summer mode, with a significant reduction in low-pressure gas extraction, cranes 19 and 20 are additionally opened and part of the low-pressure gas is recirculated from line 26 to line 24 using compressor 11 and refrigerator 5, which ensures constant LNG extraction.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет увеличить выход СПГ, дает возможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях, обеспечивает постоянство выхода СПГ и может быть использована в промышленности.Thus, the proposed installation allows you to increase the output of LNG, enables the selection of gas by several consumers at different pressures, provides a constant output of LNG and can be used in industry.

Claims (1)

Установка редуцирования природного газа с выработкой СПГ, включающая блоки осушки и очистки газа, теплообменник, сепаратор, редуцирующее устройство, а также детандер и компрессор, соединенные между собой, отличающаяся тем, что на линии продукционного газа последовательно расположены первый компрессор, первый холодильник, первая секция теплообменника, блок очистки, вторая секция теплообменника, редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией обратного газа, которая соединена с линией технологического газа после детандера, образуя линию газа низкого давления, на которой расположен теплообменник, при этом на линии технологического газа перед детандером установлен вспомогательный холодильник, расположенный также на по меньшей мере одной линии вспомогательного газа с редуцирующим устройством, соединенной с линией газа высокого давления после блока осушки, кроме того, на линии технологического газа выполнена байпасная линия, на которой установлена холодильная машина, а линия газа низкого давления соединена с линией технологического газа линией циркуляционного газа, на которой установлены второй компрессор и второй холодильник.A natural gas reduction unit with LNG generation, including gas drying and purification units, a heat exchanger, a separator, a reducing device, as well as an expander and a compressor connected to each other, characterized in that the first compressor, the first refrigerator, the first section are arranged in series on the production gas line a heat exchanger, a purification unit, a second section of a heat exchanger, a reducing device and a separator equipped with an LNG output line and a return gas line that is connected to the process gas line le the expander, forming a low pressure gas line on which the heat exchanger is located, while an auxiliary refrigerator is installed on the process gas line in front of the expander, also located on at least one auxiliary gas line with a reducing device connected to the high pressure gas line after the drying unit, in addition, a bypass line is made on the process gas line, on which a refrigeration machine is installed, and a low pressure gas line is connected to the process gas line circulation gas, on which a second compressor and a second refrigerator are installed.

Images