Способ двойного расширения азота



Способ двойного расширения азота
Способ двойного расширения азота

 


Владельцы патента RU 2496066:

СТАТОЙЛ АСА (NO)

Способ сжижения природного газа с использованием первого и второго потоков азотного хладагента, при котором каждый поток подвергают циклу сжатия, охлаждения, расширения и нагрева, в течение которых первый поток азота расширяют до первого промежуточного давления, а второй поток азота - до второго, более низкого давления, при этом нагрев происходит в одном или более теплообменниках, в которых по меньшей мере один из потоков расширенного азота находится в теплообмене с природным газом, причем по меньшей мере в одном или более теплообменниках первый и второй потоки расширенного азота находятся в теплообмене с природным газом и как с первым, так и со вторым потоком сжатого азота. Сжижение может осуществляться в три этапа: на начальном этапе первый поток нагретого расширенного азота и второй поток нагретого расширенного азота используют для охлаждения природного газа; на промежуточном этапе первый поток сжатого азота расширяют до промежуточного давления и используют для охлаждения природного газа; и на конечном этапе второй поток сжатого азота расширяют до низкого давления и используют для охлаждения природного газа. Использование изобретения позволит осуществлять полное сжижение природного газа без использования углеводородов. 4 н. и 12 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Настоящее изобретение относится к способу сжижения природного газа, при котором азот используют в качестве основного охлаждающего компонента. Данный способ применим, в частности, но не исключительно, для работ на шельфе.

Природный газ добывают из земли для получения сырья из природного газа, которое должно пройти обработку перед коммерческим использованием. Прежде чем транспортировать газ до места применения, его часто сжижают. Это позволяет уменьшить объем газа примерно в 600 раз, что существенно сокращает издержки, связанные с хранением и транспортировкой газа. Поскольку природный газ представляет собой смесь газов, он сжижается в определенном диапазоне температур. При атмосферном давлении обычный температурный диапазон, в пределах которого происходит сжижение, составляет от -165°C до -155°C. Поскольку критическая температура природного газа составляет от около -80°C до -90°C, газ не может сжижаться только посредством сжатия. Следовательно, необходимо использовать способы охлаждения.

Известно охлаждение природного газа с использованием теплообменников, в которых применяется газообразный хладагент. Один известный способ включает множество контуров охлаждения, обычно трех, выполненных в виде каскадной системы. В таких каскадных системах охлаждение может выполняться с помощью метана, этана и пропана, или других углеводородов, при этом каждый цикл каскадной системы работает при более низкой температуре, чем предыдущий.

На каждом цикле охлаждения сжатый хладагент расширяется, вызывая дополнительное охлаждение, и затем подается в теплообменник, где находится в косвенном контакте с природным газом. Тепло природного газа нагревает и часто испаряет хладагент, тем самым охлаждая природный газ. Нагретый хладагент выходит из теплообменника и затем сжимается и охлаждается, после чего цикл повторяется. Часто сжатый хладагент охлаждается в том же теплообменнике, что и природный газ, то есть сжатый хладагент охлаждается тем же самым хладагентом в расширенной форме.

В каскадной системе, дополнительно к охлаждению природного газа, каждый цикл используется также для охлаждения хладагентов последующих циклов охлаждения. Это охлаждение может происходить в том же теплообменнике, что и охлаждение природного газа, или же в отдельном теплообменнике.

Конструкция каскадной системы, в которой используются смешанные потоки хладагентов, описана в публикации WO 98/48227.

Следует понимать, что использование углеводородов в качестве хладагентов создает проблему безопасности, и это особенно значимо при работе на шельфе, где очень нежелательно иметь большие запасы жидких углеводородов в неизбежно ограниченном пространстве.

Было предложено несколько систем, где в качестве текучего хладагента действует углекислый газ. Например, в патенте США 6023942 описан способ сжижения природного газа, в котором углекислый газ может быть использован в качестве хладагента. Тем не менее этот способ не применим для крупномасштабных или шельфовых применений, поскольку основан не на каскадной конструкции, а на способе расширения открытого цикла в качестве первичного средства охлаждения потока сжиженного природного газа (СПГ). Подобные способы расширения не позволяют достигать достаточно низких температур и потому СПГ нужно удерживать под очень высоким давлением, чтобы поддерживать его в жидкой форме. Как из соображений безопасности, так и с экономической точки зрения, эти высокие давления не применимы для промышленного производства СПГ и особенно для крупномасштабных или шельфовых применений.

В заявке на патент США 2003/0089125 описано использование углекислого газа в каскадной системе закрытого цикла для предварительного охлаждения природного газа. В то время как этот контур предварительного охлаждения уменьшает требуемое количество углеводородного хладагента, углеводороды все также используются при последующем сжижении и циклах частичного охлаждения. Дело в том, что углекислый газ не может быть охлажден до достаточно низких температур для полного сжижения природного газа без затвердевания.

Другой известной альтернативой является использование азотного хладагента в процессе газового расширения. Обычно он имеет недостаток в том, что термический коэффициент полезного действия азота значительно ниже, чем у системы на основе углеводорода. Кроме того, поскольку газообразный хладагент имеет более низкий коэффициент теплопередачи по сравнению с испаряющимся хладагентом, требуется большая площадь теплопередачи для рассеивания отходящего тепла из процесса в среду охлаждения.

В патенте США 6446465 описан способ сжижения с использованием азота, в котором для сжижения природного газа использованы два отдельных потока азота. Два охлаждающих потока сжимают и охлаждают, после чего один из этих потоков пропускают через теплообменник, где он охлаждается вместе с природным газом, который уже был предварительно охлажден в отдельной системе предварительного охлаждения. Поток охлажденного азота затем расширяют для дополнительного уменьшения температуры и использования во втором теплообменнике для дополнительного охлаждения газа. Тем временем второй поток азота расширяют до того же давления, что и первый поток азота, и на выходе из второго теплообменника объединяют с первым потоком. Объединенные первый и второй потоки хладагента затем снова вводят в первый теплообменник для обеспечения охлаждения природного газа и первого потока сжатого азота. Поскольку природный газ предварительно охлажден перед тем, как достигнуть контура охлаждения азотом, энергоемкость этого контура значительно снижена. Кроме того, при подаче второго потока хладагента непосредственно в средство расширения, без прохождения через первый теплообменник, площадь теплопередачи в первом теплообменнике уменьшается.

В заявке на патент США 2005/0056051 описана система дополнительного сжижения, в которой применен контур охлаждения азотом для по меньшей мере частичного охлаждения сжиженного природного газа. Природный газ предварительно охлаждают и по существу сжижают с помощью отдельного контура, в котором в качестве хладагента использованы углеводороды. Такой по существу сжиженный природный газ затем подают в систему охлаждения азотом для дополнительного охлаждения. В данном документе описано множество конфигураций контуров охлаждения азотом, при этом все они включают в себя первый теплообменник, в котором расширенный азот под низким давлением охлаждает СПГ, а второй теплообменник, в котором нагретый расширенный азот из первого теплообменника используют для охлаждения сжатого азота под высоким давлением перед расширением. В некоторых из этих вариантов осуществления первый и второй потоки азота расширены до различных величин давления.

Таким образом, в настоящее время не существует системы, которая обеспечивала бы полное сжижение СПГ без использования углеводородов. В промышленности существует дополнительная необходимость в создании системы охлаждения азотом, имеющей менее сложную конструкцию, более высокий коэффициент полезного действия и простую в эксплуатации. Такая система должна обеспечить большие преимущества, особенно в том, что касается производства СПГ на шельфе.

В соответствии с одним объектом настоящего изобретения, предлагается способ сжижения природного газа с использованием первого и второго потоков азотного хладагента, при котором каждый поток подвергают циклу сжатия, охлаждения, расширения и нагрева, в течение которых первый поток азота расширяют до первого промежуточного давления, а второй поток азота - до второго, более низкого давления, при этом нагрев происходит в одном или более теплообменниках, в которых по меньшей мере один из потоков расширенного азота находится в теплообмене с природным газом, причем по меньшей мере в одном или более теплообменниках первый и второй потоки расширенного азота находятся в теплообмене с природным газом и как с первым, так и со вторым потоком сжатого азота.

В соответствии с другим объектом настоящего изобретения, предлагается устройство сжижения природного газа, содержащее один или более теплообменников для приведения природного газа в теплообмен с первым и вторым потоками азотного хладагента; один или более компрессоров для сжатия первого и второго потоков азотного хладагента; первый расширитель для расширения первого потока азота до первого давления и второй расширитель для расширения второго потока азота до второго, более низкого давления; при этом устройство выполнено так, что по меньшей мере в одном или более теплообменниках первый и второй потоки расширенного азота находятся в теплообмене с природным газом и как с первым, так и вторым потоками сжатого азота.

Таким образом, согласно настоящему изобретению, азот расширяют до двух различных величин давления. По сравнению с процессом единственного расширения, использование двух расширителей уменьшает объем азота, который должен быть расширен до самого низкого давления и сжат из состояния самого низкого давления и, следовательно, уменьшает необходимые размеры этих элементов и их энергопотребление.

Как при первом, промежуточном давлении, так и при втором, более низком давлении, потоки азота используются для охлаждения природного газа, а также потоков сжатого азота перед их расширением. В отличие от систем предшествующего уровня техники, природный газ охлаждают в каждом азотном теплообменнике. Кроме того, по меньшей мере в одном теплообменнике используют также потоки расширенного азота для охлаждения сжатых потоков. Это обеспечивает максимальный объем теплового обмена между хладагентом и природным газом и позволяет системе работать независимо, то есть без потребности в дополнительных контурах теплообменника для охлаждения природного газа.

Способ сжижения включает предпочтительно три этапа охлаждения. Они состоят из конечного этапа охлаждения, на котором второй поток азота расширяют до низкого давления и приводят в теплообмен с природным газом, промежуточного этапа, на котором первый поток азота расширяют до промежуточного давления и приводят в теплообмен с природным газом для охлаждения природного газа перед конечным этапом, и начального этапа охлаждения, на котором первый и второй потоки азота, после прохождения нагрева на конечном и/или промежуточном этапе, приведены в теплообмен с природным газом для его охлаждения перед промежуточным этапом.

Второй поток азота предпочтительно также используют на промежуточном этапе, после нагрева на конечном этапе, для обеспечения дополнительного охлаждения природного газа. Предпочтительно на промежуточном этапе также обеспечивается охлаждение второго потока сжатого азота перед его расширением и использованием на конечном этапе.

Использование трех азотных этапов для охлаждения природного газа по праву считается инновационным и, следовательно, рассматривается в качестве объекта/дополнительного объекта настоящего изобретения, в соответствии с которым настоящее изобретение обеспечивает способ сжижения природного газа, при котором природный газ охлаждают первым и вторым потоком азотного хладагента, при этом каждый поток подвергают циклу сжатия, охлаждения, расширения и нагрева, а способ включает три этапа, на которых:

используют первый поток нагретого расширенного азота и второй поток нагретого расширенного азота для охлаждения природного газа на начальном этапе;

расширяют первый поток сжатого азота до промежуточного давления и используют для охлаждения природного газа на промежуточном этапе; и

расширяют второй поток сжатого азота до низкого давления и используют для охлаждения природного газа на конечном этапе.

Второй поток нагретого расширенного азота предпочтительно также используют для охлаждения природного газа на промежуточном этапе. Второй поток сжатого азота охлаждают предпочтительно на промежуточном этапе.

Путем повторного использования потоков нагретого расширенного (под низким давлением) азота для содействия предшествующим этапам охлаждения эта система может работать независимо, без необходимости в дополнительном контуре предварительного охлаждения или сжижения. Тем не менее в некоторых вариантах осуществления система может также использоваться с предварительным охладителем, осуществляющем внешнее предварительное охлаждение (предпочтительно в диапазоне от 0°C до -60°C) природного газа и предпочтительно также потоков азота. Хотя использование предварительного охладителя повышает сложность системы, оно уменьшает энергопотребление системы.

Если требуется только один контур охлаждения, устройство сжижения существенно упрощается.

Хотя потоки и описаны как независимые, первый и второй потоки азота не всегда должны быть раздельными. Например, сжатые первый и второй потоки могут быть объединены на первом этапе и на этапе сжатия. Для потоков необходимо только раздельное перемещение через систему на тех этапах цикла, на которых потоки находятся под разным давлением.

На начальном этапе первый поток расширенного азота и второй поток расширенного азота используют предпочтительно для охлаждения первого и второго потоков сжатого азота, а также природного газа. Это повышает коэффициент полезного действия способа.

Предпочтительно, первый поток расширенного азота сжимают из состояния промежуточного давления после охлаждения природного газа на начальном и промежуточном этапах. Это уменьшает количество энергии, требующейся на этапе сжатия способа, поскольку нужно сжать только второй поток расширенного азота от более низкого давления до более высокого давления. Это представляет собой усовершенствование по сравнению с существующими способами, в которых должно производиться сжатие всего хладагента из состояния более низкого давления.

Под промежуточным давлением подразумевается любое давление ниже, чем давление в потоке сжатого азота, но выше, чем давление во втором потоке расширенного хладагента. Промежуточное давление предпочтительно находится в диапазоне 15-25 бар. Под низким давлением подразумевается любое давление ниже, чем промежуточное давление. Низкое давление предпочтительно находится в диапазоне 5-20 бар.

Каждый из этапов, описанных в настоящем изобретении, может осуществляться в одном теплообменнике или множестве теплообменниках. В качестве альтернативного варианта один или более этапов могут быть объединены в одном теплообменнике, и все три этапа могут осуществляться в одном теплообменнике. Таким образом, этапы охлаждения определяются не теплообменниками, а потоками азота, которые используют для обеспечения охлаждения.

Предпочтительно первый поток азота, расширенный до первого промежуточного давления, содержит больший объем азота, чем второй поток азота. Это значительно уменьшает объем азота, расширяемого до низкого давления, и в силу этого снижает энергоемкость расширителя низкого давления. Это также снижает энергоемкость компрессора низкого давления или первой ступени многоступенчатого компрессора, используемой для сжатия второго потока расширенного хладагента.

В предпочтительном варианте осуществления способ сжижения природного газа обеспечивает полное охлаждение природного газа. То есть природный газ не нужно подвергать какому-либо предварительному охлаждению или частичному сжижению перед охлаждением в соответствии с настоящим изобретением. Вместо этого потоки азотного хладагента обеспечивают все необходимое охлаждение природного газа от температуры окружающей среды до температуры хранения. Это упрощает систему сжижения.

Под предварительным охлаждением подразумевается охлаждение потока природного газа до температуры, при которой начинает происходить сжижение компонентов C3. Это позволяет отделить тяжелые компоненты от потока природного газа перед дополнительным охлаждением. Это дает преимущество, так как в противном случае эти тяжелые компоненты могут «заморозиться» при сжижении и препятствовать потоку природного газа. Обычно в фазе предварительного охлаждения способа сжижения природного газа газ охлаждают до температуры приблизительно -50°C.

Под частичным охлаждением подразумевается охлаждение конденсированного сжиженного газа ниже температуры начала кипения.

В таких вариантах осуществления «с полным охлаждением» выходная температура природного газа на начальном этапе охлаждения обычно составляет от -10°C до -30°C. После прохождения через промежуточный этап, на котором расширяют первый поток азота, выходная температура обычно составляет от -70°C до -90°C. После конечного этапа, на котором расширяют второй поток азота, выходная температура природного газа обычно находится в диапазоне от -140°C до -160°C. Это позволяет осуществлять хранение и перемещение природного газа в жидком состоянии без необходимости поддержания его под давлением. Тем не менее, способы и устройство в соответствии с настоящим изобретением позволяют производить жидкий природный газ при повышенном давлении (от 1 до 20 бар) с соответствующей температурой от -100°C до -165°C.

Предпочтительно способ дополнительно включает в себя этап удаления углеводородов С5+ из природного газа. Наиболее предпочтительно удаление углеводородов C3+. Это предотвращает «замораживание» тяжелых углеводородов при сжижении.

Этот этап разделения предпочтительно происходит между фазами предварительного охлаждения и сжижения. Наиболее часто эта точка достигается на этапе промежуточного охлаждения, тем не менее в некоторых вариантах осуществления разделение может произойти между начальным и промежуточным этапами.

Этап разделения выполняют с помощью колонны удаления тяжелых углеводородов. Такие колонны хорошо известны в данной области техники. Как показано выше, точное местоположение колонны тяжелых углеводородов (КТУ) будет зависеть от температуры природного газа в различных точках в рамках способа.

Предпочтительно первый и второй потоки азота сжимают в трехступенчатом процессе сжатия. Это может быть выполнено отдельными компрессорами или многоступенчатым компрессором. На начальном этапе сжатия второй поток расширенного азота сжимают до промежуточного давления первого потока расширенного азота и затем охлаждают предпочтительно морской водой или воздухом. Вторая ступень компрессора сжимает как второй поток частично сжатого азота, так и первый поток расширенного азота. На конечной ступени сжатия сжимают как первый, так и второй поток азота. Любая из этих ступеней может быть снабжена двумя или более параллельными компрессорами. Такая конструкция позволяет первому и второму расширителям приводить в действие третью ступень компрессора, что делает систему более эффективной. В качестве альтернативного варианта может быть предусмотрен двухступенчатый процесс сжатия.

Дополнительный объект настоящего изобретения относится к устройству сжижения природного газа, выполненного с возможностью осуществления способа согласно настоящему изобретению.

Далее будут описаны предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения, только в качестве примера, со ссылкой на сопровождающие чертежи, на которых:

Фиг.1 иллюстрирует способ сжижения природного газа, включающий два контура азотного хладагента в соответствии с настоящим изобретением;

Фиг.2 иллюстрирует дополнительный вариант осуществления настоящего изобретения, в котором использована колонна тяжелых углеводородов.

На фиг.1 показана система 100 сжижения природного газа. Подаваемый газ поступает в систему через линию 1. Этот газ может иметь температуру окружающей среды или подвергнуться предварительному охлаждению через теплообменник с помощью воздуха или воды. Подаваемый газ последовательно охлажден множеством теплообменников 101, 102, 103, при этом прошедший частичное охлаждение сжиженный природный газ выходит из последнего теплообменника 103 через линию 4. Этот СПГ расширен до атмосферного давления расширительным клапаном 109 и через линию 5 подается в разделительную колонну 110. СПГ выходит из этой колонны 110 через нижний поток 6, а все остальные газообразные элементы удаляют через линию 7 для дополнительного охлаждения.

Природный газ охлаждают в теплообменниках 101, 102, 103 первым и вторым потоками 121 и 122 азота. Эти потоки 121 и 122 совместно охлаждаются компрессионной системой 108, которая будет описана ниже. Объединенные потоки выходят из компрессорной системы через линию 22 и затем разделяются перед входом в первый теплообменник 101. Оба потока 121 и 122 азота охлаждают в этом теплообменнике 101. Первый поток 121 азота выходит из теплообменника через линию 24 и расширяется до промежуточного давления расширителем 111. Первый поток 121 расширенного азота затем подается через линию 25 во второй теплообменник 102 в качестве охлаждающей текучей среды. Первый поток 121 расширенного азота охлаждает как природный газ, так и второй поток 122 азота в этом теплообменнике 102. При выходе из второго теплообменника 102 первый поток 21 нагретого расширенного азота снова вводится в первый теплообменник 101 через линию 26. Здесь он снова действует на охлаждение природного газа, а также первого и второго потоков 121 и 122 сжатого азота. Поток 121 нагретого расширенного азота затем подают через линию 27 в компрессорную систему 108.

После охлаждения в первом теплообменнике 101 второй поток 122 сжатого азота подают через линию 29 во второй теплообменник 102 для дополнительного охлаждения. После выхода из второго теплообменника 102 второй поток 122 сжатого азота подают через линию 30 во второй расширитель 112 для расширения до давления более низкого, чем промежуточное давление, созданное расширителем 111. Второй поток 122 расширенного охлажденного азота затем поступает через линию 31 в третий теплообменник 103 для теплового обмена с природным газом. С выхода третьего теплообменника 103 второй поток нагретого расширенного азота поступает во второй теплообменник 102 через линию 32 для содействия охлаждению природного газа и второго потока 122 сжатого азота перед тем, как, в конечном итоге, поступить в первый теплообменник 101 через линию 33 для содействия на начальном этапе охлаждению природного газа, а также первого и второго потоков 121 и 122 сжатого азота. С выхода первого теплообменника 101 второй поток 122 нагретого расширенного азота возвращается в компрессорную систему 108 через линию 10.

В настоящем варианте осуществления компрессорная система 108 содержит три ступени компрессора. Первая ступень компрессора содержит один компрессор 113, который сжимает второй поток 122 нагретого азота низкого давления, поступивший через линию 10 из первого теплообменника 101. Второй поток частично сжатого азота затем объединяется с первым потоком 121 нагретого азота промежуточного давления, поступившим через линию 27. Объединенные первый и второй потоки 121 и 122 азота затем дополнительно сжимаются во второй ступени 114 компрессора. Последняя ступень компрессора содержит два компрессора 115a и 115b, которые работают параллельно и приводятся в действие расширителями 111 и 112. Объединенные первый и второй потоки 121 и 122 азота разделяются по линиям 16 и 19 и сжимаются в компрессорах 115a и 115b третьей ступени. Разделение объединенных потоков 121 и 122 азота в этой точке необязательно ведет к тому, что весь первый поток азота проходит через один компрессор третьей ступени, а второй поток азота проходит через другой. Вместо этого сжатые потоки могут разделяться в этой точке в любом соотношении. Между каждой ступенью сжатия азот охлаждают с помощью теплообменников 116, 117, 118a и 118b. После конечной ступени сжатия объединенные потоки азота возвращаются в линию 22 для разделения и повторного введения в первый теплообменник 101.

В вышеописанном варианте осуществления настоящего изобретения потоки 121 и 122 азота обеспечивают все необходимое охлаждение природного газа. Первый теплообменник 101 охлаждает природный газ до значений от -10°C до -30°C, второй теплообменник 102 - до значений от -70°C до -90°C, а конечный теплообменник 103 охлаждает природный газ до значений от -140°C до -160°C. Расширитель 111 обычно расширяет первый поток 121 азота до давления 15-20 бар, а расширитель 112 обычно расширяет второй поток 122 азота до давления 5-20 бар. Первый и второй потоки 121 и 122 не содержат одинаковых объемов азота. Напротив, самый большой поток находится в первом потоке 121 азота. Это снижает энергоемкость расширителя 112 низкого давления и компрессора 113 первой ступени.

Использование потока 121 и 122 нагретого расширенного азота для продолжения охлаждения на расположенных выше по технологической линии теплообменниках подтверждает эффективность системы и позволяет азоту обеспечивать полное охлаждение, не прибегая к любым другим средствам охлаждения для выполнения сжижения, частичного сжижения или предварительного охлаждения.

На фиг.2 представлена система 200 охлаждения, очень похожая на показанную на фиг.1. Идентичные элементы обозначены одинаковыми ссылочными позициями. Кроме того, первый и второй потоки 121 и 122 азота совместно охлаждают компрессионной системой 108 и дополнительно охлаждают теплообменником 101. Первый поток 121 хладагента затем подают через линию 24 в расширитель 111 и расширяют до промежуточного давления. Расширенный азот затем подают через линию 25 на промежуточную ступень или вторую ступень охлаждения. В отличие от системы, показанной на фиг.1, в этой системе 200 этап промежуточного охлаждения происходит в двух отдельных теплообменниках 202a и 202b. В обоих этих теплообменниках 202a и 202b первый поток 121 расширенного хладагента и второй поток 122 нагретого расширенного хладагента, выходящий из теплообменника 103, используют для охлаждения природного газа и второго потока 122 сжатого азота.

Между теплообменниками 202a и 202b природный газ поступает через линию 2a в колонну 219 тяжелых углеводородов (КТУ). Она выделяет тяжелые компоненты, например C3+, из потока природного газа. Эти тяжелые компоненты удаляют через линию 8, а поток природного газа поступает через линию 2b в теплообменник 202b для продолжения процесса охлаждения. Природный газ отводят и подают через КТУ 219 на том этапе процесса охлаждения, на котором произошло предварительное охлаждение, но до сжижения. Удаление тяжелых углеводородов на этом этапе предотвращает их «замораживание» на последующих этапах процесса охлаждения.

Второй поток 122 азота, охлажденный на промежуточном этапе, не проходит через КТУ 219, а напрямую из теплообменника 202a поступает в теплообменник 202b через линию 29a. Аналогичным образом, первый поток расширенного хладагента и второй поток нагретого расширенного азота перемещаются через линии 25a и 32a соответственно непосредственно между теплообменниками 202a и 202b.

Остальная часть способа 200 идентична соответствующей части способа 100.

1. Способ сжижения природного газа с использованием первого и второго потоков азотного хладагента, при котором каждый поток подвергают циклу сжатия, охлаждения, расширения и нагрева, в течение которых первый поток азота расширяют до первого промежуточного давления, а второй поток азота - до второго, более низкого давления, при этом нагрев происходит в одном или более теплообменниках, причем по меньшей мере один из потоков расширенного азота находится в теплообмене с природным газом, при этом по меньшей мере в одном или более теплообменниках первый и второй потоки расширенного азота находятся в теплообмене с природным газом и как с первым, так и со вторым потоком сжатого азота.

2. Способ по п.1, при котором способ сжижения включает три этапа охлаждения, конечный этап охлаждения, на котором второй поток азота расширяют до низкого давления и приводят в теплообмен с природным газом, промежуточный этап, на котором первый поток азота расширяют до промежуточного давления и приводят в теплообмен с природным газом для охлаждения природного газа перед конечным этапом, и начальный этап охлаждения, на котором первый и второй потоки азота, после подвергания нагреву на конечном и/или промежуточном этапе, приводят в теплообмен с природным газом для его охлаждения перед промежуточным этапом.

3. Способ по п.2, при котором второй поток азота после нагрева на конечном этапе используют на промежуточном этапе для обеспечения дополнительного охлаждения природного газа.

4. Способ по п.2 или 3, в котором промежуточный этап обеспечивает охлаждение второго потока сжатого азота перед его расширением и использованием на конечном этапе.

5. Способ сжижения природного газа, при котором природный газ охлаждают первым и вторым потоками азотного хладагента, при этом каждый поток подвергают циклу сжатия, охлаждения, расширения и нагрева, причем способ включает три этапа, на которых:
используют первый поток нагретого расширенного азота и второй поток нагретого расширенного азота для охлаждения природного газа на начальном этапе;
расширяют первый поток сжатого азота до промежуточного давления и используют для охлаждения природного газа на промежуточном этапе; и
расширяют второй поток сжатого азота до низкого давления и используют для охлаждения природного газа на конечном этапе.

6. Способ по п.5, при котором первый поток сжатого азота расширяют до промежуточного давления и используют вместе со вторым потоком нагретого расширенного азота для охлаждения природного газа и второго потока сжатого азота на промежуточном этапе.

7. Способ по п.5 или 6, при котором сжатые первый и второй потоки объединяют на начальном этапе и при сжатии.

8. Способ по п.5, при котором первый поток расширенного азота и второй поток расширенного азота используют для охлаждения первого и второго потоков сжатого азота, а также природного газа на начальном этапе.

9. Способ по п.5, при котором первый поток расширенного азота сжимают от промежуточного давления после охлаждения природного газа на начальном и промежуточном этапах.

10. Способ по п.5, при котором первый поток азота содержит больший объем азота, чем второй поток азота.

11. Способ по п.5, при котором первый и второй потоки азота сжимают в трехступенчатом процессе сжатия.

12. Способ по п.5, дополнительно включающий этап удаления углеводородов C3+ из природного газа после предварительного охлаждения.

13. Способ по п.5, который обеспечивает полное охлаждение природного газа.

14. Устройство сжижения природного газа, содержащее
один или более теплообменников для приведения природного газа в
теплообмен с первым и вторым потоками азотного хладагента;
один или более компрессоров для сжатия первого и второго потоков азотного хладагента;
первый расширитель для расширения первого потока азота до первого давления и
второй расширитель для расширения второго потока азота до второго, более низкого давления;
при этом устройство выполнено так, что по меньшей мере в одном или более теплообменниках первый и второй потоки расширенного азота находятся в теплообмене с природным газом и как с первым, так и вторым потоками сжатого азота.

15. Устройство сжижения природного газа, выполненное с возможностью осуществления способа по любому из пп.1-13.

16. Устройство по п.14 или 15, которое выполнено с возможностью обеспечения полного охлаждения природного газа.



 

Похожие патенты:

Способ и устройство для охлаждения криогенного теплообменника, в котором применяется программируемый контроллер, принимающий входные сигналы, представляющие сигналы датчиков, характеризующие один или более управляемых параметров в выбранном процессе, и генерирующий командные сигналы для регулировки одного или нескольких регулируемых параметров в выбранном процессе.

Способ предлагает сжижать природный газ, осуществляя следующие стадии: охлаждают природный газ, вводят охлажденный природный газ в колонну для фракционирования таким образом, чтобы разделить газовую фазу, обогащенную метаном, и жидкую фазу, обогащенную соединениями, более тяжелыми, чем этан, извлекают вышеупомянутую жидкую фазу из нижней части колонны для фракционирования и удаляют вышеупомянутую газовую фазу из верхней части колонны разделения, частично сжижают вышеупомянутую газовую фазу таким образом, чтобы получить конденсат и газообразный поток, при этом конденсат возвращают в верхнюю часть колонны для фракционирования в качестве флегмы, сжижают вышеупомянутый газообразный поток, за счет теплообмена при давлении выше 50 бар.

Изобретение относится к области переработки природного газа и может быть использовано для охлаждения и разделения углеводородного потока, например природного газа.

Изобретение относится к области переработки природного газа. .

Установка для сжижения углеводородов содержит систему 12 для извлечения газоконденсатной жидкости (ГКЖ), контур 42 с основным хладагентом и контур 100 с первым хладагентом, устройство 52 для снижения давления и размещенный после него газожидкостный сепаратор 62. Контур 42 с основным хладагентом содержит, по меньшей мере, один или большее число компрессоров для основного хладагента, а контур с первым хладагентом содержит один или большее число компрессоров для первого хладагента. Исходный поток 10 углеводородов пропускают через систему 12 для извлечения ГКЖ для получения головного потока 20, богатого метаном, который последовательно охлаждают и сжижают с помощью контуров с первым и вторым хладагентами. Давление сжиженного потока уменьшают, и полученный в результате поток 60 смешанной фазы пропускают через конечный газожидкостный сепаратор 62 для получения конечного газового потока 70 и потока 80 сжиженного углеводородного продукта. Мощность нагрузки одного или большего числа компрессоров для основного хладагента и одного или большего числа компрессоров для первого хладагента увеличивают до их максимальной нагрузки посредством регулирования температуры сжиженного потока для изменения количества конечного газового потока и посредством регулирования количества конечного газового потока, который подают в головной поток 20, богатый метаном с помощью рециркуляционного потока 90b. Техническим результатом является улучшение отделения углеводородов С2+. 2 н. и 18 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Предложен поток холодильного агента (10) при давлении холодильного агента, который пропускают по меньшей мере через три теплообменных этапа (12, 14, 16, 18), работающих при различных уровнях давления. Углеводородный поток (20) пропускают по меньшей мере через два этапа теплообмена, чтобы получить охлажденный углеводородный поток (30). Часть потока холодильного агента (10) расширяется и испаряется на каждом этапе теплообмена (12, 14, 16, 18) до другого давления, с получением первого потока (40) испарившегося холодильного агента при первом давлении выпаривания, и по меньшей мере двух других потоков (50, 60, 70) испарившегося холодильного агента при давлении выпаривания ниже, чем первое давление выпаривания. Первый поток (40) испарившегося холодильного агента подвергают сжатию на стадии (22) компримирования с наивысшим давлением компрессора, с получением по меньшей мере части потока (10) холодильного агента при давлении холодильного агента, а другие потоки (50, 60, 70) испарившегося холодильного агента подвергают сжатию по меньшей мере на двух параллельных стадиях (24, 26, 28) компримирования с пониженным давлением с получением двух или больше частично сжатых потоков холодильного агента (50a, 63a, 70a), причем все частично сжатые потоки холодильного агента (50a, 60a, 70a) пропускают через стадию (22) компримирования с наивысшим давлением. Использование изобретения позволит повысить технологическую гибкость при согласовании общего рабочего цикла охлаждения в зависимости от требуемого режима компрессора. 4 н. и 14 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.

Установка для получения сжиженного природного газа использует улучшенную систему регенерации азота, которая концентрирует все количество азота в потоке исходных материалов в установке регенерации азота, для повышения эффективности разделения установки регенерации азота. В одном из вариантов осуществления, система регенерации азота содержит емкость для многоступенчатого разделения, действующую для выделения азота из охлажденного потока природного газа. По меньшей мере, часть полученного потока, содержащего азот, покидающего емкость для многоступенчатого разделения, может использоваться в качестве хладоагента, перерабатываться в установке регенерации азота и/или использоваться в качестве топливного газа для установки для получения сжиженного природного газа. 3 н. и 31 з.п. ф-лы, 4 ил.

Способ привода в действие двух или большего количества компрессоров для хладагента в процессе охлаждения углеводородов. В таком процессе охлаждения углеводородов исходный поток углеводородов может быть пропущен в противотоке с частично испаренными потоками хладагента. Указанные, по меньшей мере, частично испаренные потоки хладагента сжимают в компрессорах для хладагента. Для получения электрической энергии и горячего газа приводят в действие одну или большее количество газовых турбин. Горячий газ пропускают через один или большее количество парогенерирующих теплообменников с получением энергии водяного пара, которую используют для привода одной или большего числа паровых турбин, приводящих в действие, по меньшей мере, один из компрессоров для хладагента. Электрическую энергию используют для привода, по меньшей мере, другого одного компрессоров для хладагента. Технический результат представляет собой повышение безопасности. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.

Подаваемый газ сжижается с использованием замкнутой холодильной системы, в которой поток (150) охлажденного сжатого газообразного хладагента расширяется (136) для предоставления первого потока (154) расширенного газообразного хладагента, который, по существу, является паром, и используется для охлаждения и, по существу, сжижения потока (100) подаваемого газа посредством косвенного теплообмена (110). Поток (102), по существу, сжиженного подаваемого газа предпочтительно переохлаждается посредством косвенного теплообмена (112) со вторым потоком (172) расширенного газообразного хладагента, который предпочтительно также является, по существу, паром и может быть предоставлен потоком (170) охлажденного сжатого газообразного хладагента или частью первого потока (152) расширенного газообразного хладагента. Мощность охлаждения для потока (146) сжатого газообразного хладагента предоставлена частью (16) первого потока (152) расширенного газообразного хладагента, причем газообразный хладагент (156) частично нагревается посредством упомянутого теплообмена (110) с подаваемым газом и/или вторым потоком (174) расширенного газообразного хладагента, нагреваемым посредством упомянутого переохлаждения (112). Технический результат - повышение безопасности и надежности. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 13 ил.

Способ сжижения природного газа, в котором природный газ охлаждается, конденсируется и переохлаждается в результате непрямого теплообмена с двумя охлаждающими смесями, циркулирующими в контурах. Первая охлаждающая смесь сжимается, охлаждается и конденсируется, по меньшей мере частично, посредством теплообмена с внешней средой (вода, воздух). Первая охлаждающая смесь переохлаждается в результате теплообмена так, чтобы первая охлаждающая смесь находилась в жидкой фазе, чтобы обеспечить хорошее распределение охлаждающей смеси в серии теплообменников. Охлаждающую смесь далее переохлаждают в первом теплообменнике посредством теплообмена с частью охлаждающей смеси, причем указанная часть дросселируется перед теплообменом. Во втором теплообменнике охлаждают природный газ и одновременно вторую охлаждающую смесь путем теплообмена с переохлажденной охлаждающей смесью, при этом первый теплообменник отличается от второго теплообменника. Затем сжижают и переохлаждают природный газ путем теплообмена со второй охлаждающей смесью до получения жидкого природного газа. Использование изобретения позволит повысить КПД при меньших выбросах СО2. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Описаны установка сжиженного природного газа, которая использует систему для удаления неконденсируемого материала из одного или более холодильных циклов в пределах установки, и способ ее работы. Способ включает охлаждение потока природного газа в первом замкнутом холодильном цикле и в разомкнутом холодильном цикле с получением дополнительно охлажденного потока природного газа. Неконденсируемый материал отделяют от, по меньшей мере, части охлажденного потока природного газа в первой разделительной емкости с получением обедненной неконденсируемыми компонентами преимущественно жидкой нижней фракции и обогащенной неконденсируемыми компонентами преимущественно паровой верхней фракции. Обогащенную неконденсируемыми компонентами преимущественно паровую верхнюю фракцию направляют в систему топливного газа для использования в качестве топливного газа. Жидкую нижнюю фракцию возвращают назад в преимущественно метановый холодильный агент разомкнутого холодильного цикла. Использование изобретения позволит стабилизировать работу установки в случае резких изменений концентрации потока поступающего природного газа, введенного в установку. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 3 ил.

В способе и устройстве для охлаждения углеводородного потока охлаждаемый углеводородный поток (45) подвергается теплообмену в первом теплообменнике (50) с по меньшей мере одним потоком хладагента (145b, 185b), характеризующимся скоростью (FR1) первого потока хладагента, в результате чего образуется охлажденный углеводородный поток (55), характеризующимся скоростью (FR2) охлажденного углеводородного потока, и по меньшей мере один возвратный поток (105) хладагента. Скорость (FR1) потока первого хладагента и скорость (FR2) потока охлажденного углеводородного агента регулируются до достижения первого заданного значения (SP1) для скорости (FR1) потока первого хладагента. Если первое заданное значение (SP1) больше скорости (FR1) потока хладагента, то скорость (FR2) углеводородного потока повышают, прежде чем повысить скорость (FR1) потока хладагента, если первое заданное значение (SP1) меньше скорости потока хладагента, то скорость (FR1) потока хладагента понижают, прежде чем понизить скорость (FR2) углеводородного потока, и если скорость (FR2) углеводородного потока снижается, то уменьшают скорость (FR1) потока хладагента. Технический результат - предотвращение переохлаждения теплообменника. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 3 ил.

Группа изобретений относится к способу охлаждения потока газообразных углеводородов. Газообразный поток углеводородов охлаждают для получения потока сжиженных углеводородов. Газообразный поток углеводородов охлаждают в одном или большем количестве теплообменников, используя первый хладагент из контура циркуляции первого хладагента, в котором указанный первый хладагент сжимают в первом компрессоре, приводимом в действие первым газотурбинным двигателем, который обеспечивается первым потоком входящего воздуха, и сжижают, используя контур второго хладагента, в котором второй хладагент сжимают во втором компрессоре, приводимом в действие вторым газотурбинным двигателем, который обеспечивается вторым потоком входящего воздуха. Располагаемую охлаждающую способность потока охлажденной охлаждающей жидкости разделяют на первую часть и вторую часть в соответствии с типичным входным параметром. Располагаемую охлаждающую способность первой части используют для охлаждения первого потока входящего воздуха, а располагаемую охлаждающую способность второй части потока используют для охлаждения второго потока входящего воздуха. Описана установка для охлаждения газообразного потока углеводородов. Группа изобретений направлена на повышение надежности установки для охлаждения потока газообразных углеводородов. 2 н. и 12 з.п. ф-лы, 5 ил.

Описывается способ сжижения фракции с высоким содержанием углеводородов при одновременном удалении фракции с высоким содержанием C2+, при этом охлаждение и сжижение фракции с высоким содержанием углеводородов происходит при непрямом теплообмене посредством смеси хладагентов циркуляционного контура смеси хладагентов, в котором смесь хладагентов подвергается по меньшей мере двухступенчатому сжатию, и удаление фракции с высоким содержанием C2+ происходит на регулируемом уровне температуры, при этом смесь хладагентов разделяется на газообразную и жидкую фракцию, обе фракции переохлаждаются, расширяются, по существу, до давления всасывания первой ступени компрессора и по меньшей мере частично выпариваются. В соответствии с изобретением по меньшей мере временно по меньшей мере один частичный поток (19, 24) сжиженной, прежде газообразной фракции смеси (15) хладагентов расширяется (j, h) и подмешивается к расширенной жидкой фракции смеси (22) хладагентов. Изобретение направлено на создание надежного способа сжижения фракции с высоким содержанием углеводородов и на обеспечение эффективного и контролируемого удаления этана и высших углеводородов в ходе сжижения природного газа. 5 з.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх