Способ частичного сжижения природного газа



Способ частичного сжижения природного газа
Способ частичного сжижения природного газа

 


Владельцы патента RU 2499208:

Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий - Газпром ВНИИГАЗ" (RU)

Изобретение относится к области сжижения газов и их смесей, в частности к частичному сжижению природного газа на газораспределительных станциях. Способ включает разделение потока природного газа высокого давления на технологический и продукционный потоки. Продукционный поток подвергают осушке и очистке от CO2, последовательно охлаждают в предварительном, основном и дополнительном теплообменниках, дросселируют и разделяют образованную парожидкостную смесь на паровую и жидкостную фазы с последующим направлением в обратный поток несконденсировавшегося природного газа. Технологический поток газа осушают, охлаждают, после чего расширяют в дроссельном вентиле первой ступени, затем дополнительно охлаждают и расширяют в дроссельном вентиле второй ступени и смешивают с нагретым в дополнительном теплообменнике обратным потоком несконденсировавшегося природного газа. Температуру газа перед дроссельным вентилем второй ступени выбирают минимальнодопустимой, при которой не происходит кристаллизация CO2 после прохождения газа через дроссельный вентиль второй ступени. Изобретение позволяет повысить производительность и надежность процесса сжижения природного газа, имеющего в исходном составе большое содержание диоксида углерода, а также уменьшить долю высококипящих компонентов в сжиженном природном газе. 2 ил.

 

Изобретение относится к области сжижения газов и их смесей, в частности, к частичному сжижению природного газа на газораспределительных станциях за счет использования перепада давлений между магистральным и распределительным газопроводами.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ частичного сжижения природного газа, включающий разделение потока природного газа высокого давления на технологический и продукционный потоки, дросселирование продукционного потока газа после его охлаждения с образованием парожидкостной смеси, разделение парожидкостной смеси на паровую и жидкостную фазы с последующим направлением в обратный поток несконденсировавшегося природного газа, расширение технологического потока газа с понижением его температуры и возвращение его обратным потоком с охлаждением продукционного потока газа (RU 2127855 C1, опубл. 20.03.1999, МПК6 F25J 1/00, F25B 9/02).

Недостатком известного способа является невозможность его использования для сжижения природного газа, имеющего в своем составе высокое содержание диоксида углерода, поскольку при осуществлении способа возможна кристаллизация диоксида углерода и забивка им оборудования.

Техническим результатом, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, является повышение производительности и надежности процесса сжижения природного газа, имеющего в исходном составе большое содержание диоксида углерода (не менее 0,6% (6000 ppm)), а также уменьшение доли высококипящих компонентов в сжиженном природном газе.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе частичного сжижения природного газа, включающем разделение потока природного газа высокого давления на технологический и продукционный потоки, дросселирование продукционного потока газа после его охлаждения с образованием парожидкостной смеси, разделение парожидкостной смеси на паровую и жидкостную фазы с последующим направлением в обратный поток несконденсировавшегося природного газа, расширение технологического потока газа с понижением его температуры и возвращение его обратным потоком с охлаждением продукционного потока газа, отличающийся тем, что продукционный поток газа перед последовательным охлаждением газа в предварительном, основном и дополнительном теплообменниках подвергают осушке и очистке от CO2, а технологический поток газа осушают, охлаждают, после чего расширяют в дроссельном вентиле первой ступени, затем дополнительно охлаждают, расширяют в дроссельном вентиле второй ступени и смешивают с нагретым в дополнительном теплообменнике обратным потоком несконденсировавшегося природного газа, причем температуру газа перед дроссельным вентилем второй ступени выбирают минимальнодопустимой, при которой не происходит кристаллизация CO2 после прохождения газа через дроссельный вентиль второй ступени.

На фиг.1 представлена блок-схема установки для реализации предлагаемого способа частичного сжижения природного газа на газораспределительных станциях. На фиг.2 представлен график зависимости паросодержания в сепараторе (линия продукционного потока) от суммарного содержание высококипящих компонентов (ВКК) в сжиженном природном газе (СНГ).

Установка для реализации способа частичного сжижения природного газа включает в себя источник газа высокого давления 1, например, магистральный трубопровод, трубопровод газа низкого давления 15, например, распределительный трубопровод, линию технологического потока 3, линию продукционного потока 14, линию обратного потока 12, блок осушки технологического и продукционного потоков газа 2, блок очистки продукционного потока от диоксида углерода 13, предварительный теплообменник 4, основной теплообменник 11, дополнительный теплообменник 10, дроссельный вентиль 7, дроссельные вентили первой 5 и второй 6 ступеней, сборник-сепаратор 9, трубопровод слива жидкости 8 из сборника-сепаратора.

Каждый из блоков осушки и очистки технологического и продукционного потоков газа 2 и 13 может быть выполнен из двух переключающихся адсорберов с системой регенерации адсорбента и предварительного охлаждения осушаемого газа.

Предварительный и основной теплообменники 4 и 11 представляют собой трехпоточные теплообменники, через которые проходят два потока высокого давления линий технологического и продукционного газа 3 и 14, и один поток низкого давления линии обратного потока 12.

Способ реализуется следующим образом.

Поток газа высокого давления отбирают из источника высокого давления 1 и разделяют на технологический 3 (84%) и продукционный 14 (16%) потоки. Технологический поток 3 направляют на адсорбционный блок осушки потока газа 2 и прямым потоком пропускают через предварительный трехпоточный теплообменник 4, где его охлаждают обратным потоком (до температуры 252 K), а затем направляют через дроссельный вентиль 5, в котором газ расширяют до промежуточного давления (25 бар), после чего охлаждают в основном теплообменнике 11 до температуры 182 K, далее расширяют в дросселе 6 до давления трубопровода газа низкого давления 15 с понижением температуры до 155 K (исходя из максимальной растворимости CO2 в газе при давлении 6 бар) - температура за дросселем 6 определяет температуру перед ним, и в качестве обратного потока пропускают через основной 11 и предварительный 4 теплообменники, охлаждая прямые потоки. Продукционный поток пропускают через блок осушки 2 и блок очистки 13 и прямым потоком направляют последовательно через предварительный трехпоточный теплообменник 4, основной трехпоточный теплообменник 11 и дополнительный теплообменник 10, где его охлаждают обратным потоком и расширяют, пропуская через дроссельный вентиль 7. После дросселирования газ направляют в сборник-сепаратор 9, после чего жидкую фазу через трубопровод слива жидкости 8 направляют в емкость (на фиг.1 не показано) для отправки потребителю, а не сжиженную часть газа возвращают через линию обратного потока 12, через теплообменники 10, 11 и 4 в трубопровод газа низкого давления 15.

Дополнительный теплообменник 10 нагревает обратный поток до температуры, достаточной для того, чтобы при смешении обратного и технологического потоков, поступающих в основной теплообменник 11, исключить выпадение CO2 из смеси, поскольку при смешении технологического потока, имеющего температуру, близкую к температуре вымерзания CO2, и обратного потока, имеющего наиболее низкую температуру в установке, присутствует повышенный риск выпадения CO2 из смеси.

Чтобы исключить выпадение твердых частиц CO2 при расширении газа, температура газа во время расширения в дроссельном вентиле 6 (дроссельный вентиль второй ступени) должна быть выше температуры кристаллизации CO2 в одной и более фазах, образующихся при расширении. Для этого температуру газа перед дроссельным вентилем второй ступени выбирают минимальнодопустимой, при которой не происходит кристаллизация CO2 после прохождения газа через дроссельный вентиль второй ступени. При дросселировании с заданным перепадом давления согласно эффекту Джоуля-Томпсона температура за дросселем зависит от температуры перед дросселем через соотношение:

T2=T1-αh(P1-P2),

где T2 - температура за дроссельным вентилем второй ступени, T1 - температура перед дросселем, αh - дифференциальный температурный эффект дросселирования (для метана ≈0,5-0,7 K/бар), P1 - давление перед дросселем (задано), P2 - давление за дросселем (задано).

Чтобы температура за дроссельным вентилем второй ступени (T2) была больше температуры кристаллизации при P2 (Tкр) при заданном перепаде давления температура перед дроссельным вентилем второй ступени (T1) должна удовлетворять условию:

T1=Tкр+αh(P1-P2).

Схема простого дросселирования предполагает расширение потока сырьевого природного газа в дросселе продукционного потока полностью. При этих параметрах тяжелые углеводороды и углекислый газ, присутствующие в исходном газе, практически полностью сжижаются и растворяются в жидком метане. Доля их в сжиженном природном газе естественным образом увеличивается. С разделением сырьевого потока на продукционный и технологический баланс установки практически не меняется (коэффициент сжижения остается практически неизменным). Однако за счет разделения величина продукционного потока уменьшается. Тогда применимы следующие равенства:

kL1=G(1-φ1)

kL2=Gψ(1-φ2)

kL1≈kL2

1-φ2≈(1-φ1)/ψ

1>ψ>0

φ21

Здесь kL1, kL2 - коэффициенты сжижения простого дроссельного цикла и двухпоточного дроссельного цикла соответственно; G - массовый расход сырьевого газа; ψ - массовая доля продукционного потока; φ1 - массовое паросодержание в продукционном потоке простого дроссельного цикла; φ2 - массовое паросодержание в продукционном потоке двухпоточного цикла. Влияние паросодержания в линии продукционного потока на суммарное содержание высококипящих компонентов в сжиженном природном газе при давлении 0,6 МПа показано на фиг.2 (суммарное содержание высококипящих компонентов в сырьевом газе - 5 мол. %). На фиг.2 показано, что со снижением паросодержания снижается доля высококипящих компонентов в сжиженном природном газе, следовательно, качество сжиженного природного газа повышается.

Применение двухступенчатого дросселирования позволяет улучшить эффективность предварительного теплообменника, поскольку температура перед дроссельным вентилем будет меньше, чем в случае применения одноступенчатого дросселирования. Это позволяет уменьшить долю технологического потока, и, соответственно, увеличить производительность установки. В схеме с однократным дросселированием среднелогарифмическая разность температур в теплообменнике составляет 25 K, тогда как для схемы с двухкратным дросселированием среднелогарифмическая разность температур в предварительном теплообменнике составляет 8 K.

Использование данного изобретения позволяет повысить производительность и надежность процесса частичного сжижения природного газа, имеющего в исходном составе большое содержание диоксида углерода, а также уменьшить долю высококипящих компонентов в сжиженном природном газе.

Способ частичного сжижения природного газа, включающий разделение потока природного газа высокого давления на технологический и продукционный потоки, дросселирование продукционного потока газа после его охлаждения с образованием парожидкостной смеси, разделение парожидкостной смеси на паровую и жидкостную фазы с последующим направлением в обратный поток несконденсировавшегося природного газа, расширение технологического потока газа с понижением его температуры и возвращение его обратным потоком с охлаждением продукционного потока газа, отличающийся тем, что продукционный поток газа перед последовательным охлаждением газа в предварительном, основном и дополнительном теплообменниках подвергают осушке и очистке от CO2, а технологический поток газа осушают, охлаждают, после чего расширяют в дроссельном вентиле первой ступени, затем дополнительно охлаждают, расширяют в дроссельном вентиле второй ступени и смешивают с нагретым в дополнительном теплообменнике обратным потоком несконденсировавшегося природного газа, причем температуру газа перед дроссельным вентилем второй ступени выбирают минимально-допустимой, при которой не происходит кристаллизация CO2 после прохождения газа через дроссельный вентиль второй ступени.



 

Похожие патенты:

Установка для производства бинарного льда содержит замкнутый контур хладагента, включающий последовательно соединенные трубопроводом первый компрессор, маслоотделитель, конденсатор, ресивер, отделитель жидкости, первый электромагнитный клапан, четыре параллельные линии, каждая из которых содержит терморегулирующий вентиль и кристаллизатор-испаритель.

Установка сжижения природного газа включает подающую и возвратную магистрали, последовательно расположенные по прямому потоку первый и второй двухпоточные теплообменники, расширительное устройство и сепаратор, и магистраль детандирования.

Изобретение относится к низкотемпературному заполнению и хранению сжиженного природного газа (СПГ) в хранилищах. .

Изобретение относится к криогенной технике, а именно к технологии сжижения природных или других нефтехимических газов. .

Изобретение относится к топливно-энергетическому комплексу и может быть применено при отработке нефтяных месторождений в экстремальных климатических условиях для повышения эффективности эксплуатации месторождений за счет максимально полной утилизации и использования попутного нефтяного газа.

Изобретение относится к технике получения сжиженных углеводородных газов и их очистки от метанола и может быть использовано в газовой, нефтяной, нефтеперерабатывающей, нефтехимической и химической отраслях промышленности.

Изобретение относится к холодильной технике и может быть использовано для производства бинарного льда (жидкого гелеобразного льда, ледяной шуги, айс-сларри) в холодильно-технологическом комплексе для предварительного охлаждения и временного хранения рыбы.

Изобретение относится к низкотемпературному сжижению газа, например природного газа. При реализации способа вихревую трубу размещают вертикально в трехсекционной емкости-сепараторе, разделенной горизонтальными перегородками. В средней секции горячий конец вихревой трубы охлаждают холодным потоком, поступающим тангенциально из нижней секции после рекуперации теплоты при охлаждении исходного потока газа на входе в вихревую трубу в нижней секции. Из горячего потока сепарируется жидкая фаза, которая смешивается с поступающей жидкой фазой холодного потока и с отсепарированной остаточной жидкой фазой, выделенной в верхней секции емкости-сепаратора. Газообразная фракция выводится из верхней секции, а сжиженная фракция выводится из средней секции. Устройство содержит адсорбер, фильтр, теплообменник, вихревую трубу с охлаждаемым горячим концом трубы. Горячий конец трубы имеет сепарационное устройство в виде соосно установленного внутреннего конуса в конической части горячего конца с возможностью изменения зазора между коническими поверхностями. Внутренний конус в верхней части имеет донышко, соединенное с цилиндической частью, в верхней части которой имеются сквозные прямоугольные окна, находящиеся в верхней секции емкости. Цилиндрическая часть соединена со штоком с рукояткой, выходящей за пределы емкости, шток закреплен во втулке с резьбой. В верхней секции емкости размещено регулирующее устройство для изменения расхода газа. Использование изобретения позволит повысить эффективность сжижения газа. 2 н.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к технологии подготовки и переработки попутного газа в товарную продукцию. Способ заключается в том, что попутный нефтяной газ после охлаждения в рекуперативном теплообменнике сепарируют в многоступенчатом центробежном сепараторе от нефтебензиновых жидких фракций, водного конденсата и механических примесей, которые выводят для дальнейшей переработки на газофракционирующую установку, а газообразную фракцию направляют на двухступенчатое компремирование. На первую ступень совместно с отсепарированной газообразной фракцией подают паровую фазу из наземного изотермического хранилища для повторного сжижения, а сжатый после первой ступени газ направляют на сжижение в трехпоточную вихревую трубу с образованием холодного, горячего газообразных и жидкого потоков. На вторую ступень компремирования направляют смесь горячего потока из вихревой трубы и холодного потока после рекуперативных теплообменников. Сжатый на второй ступени поток газа после рекуперативного охлаждения направляют в сепаратор, после чего газообразную фракцию направляют в магистральный газопровод или топливную сеть, а сжиженный газ совместно с отсепарированной из горячего потока вихревой трубы жидкой фазой в наземное изотермическое хранилище. Использование изобретения позволит повысить эффективность технологических процессов для выделения целевых углеводородных фракций. 1 ил.

Группа изобретений относится к области сжижения природных газов высокого давления и их смесей. В способе частичного сжижения природного газа прямой поток после охлаждения дросселируют и разделяют на продукционный и технологический потоки. Продукционный поток охлаждают, дросселируют, разделяют в ректификационной колонне на жидкую фракцию и паровую фракцию. Паровую фракцию направляют на реконденсацию с последующим направлением части реконденсированного продукционного потока в ректификационную колонну в качестве флегмового орошения. Другую часть реконденсированного продукционного потока дросселируют и разделяют на жидкостную фазу, являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу, направляемую далее в качестве обратного потока для охлаждения прямого потока. Предварительно охлажденный технологический поток дросселируют, испаряют за счет реконденсации продукционного потока, а после повторного дросселирования направляют в обратный поток. Также описан вариант способа частичного сжижения природного газа. Предложенная группа изобретения позволит получить сжиженный природный газ с малым содержанием высококипящих компонентов, в том числе диоксида углерода, обладающего повышенными эксплуатационными характеристиками, при снижении энергетических затрат на его производство. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к технологии подготовки и переработки природного или попутного нефтяного газов в сжиженный газ, представляющий собой пропан-бутановую фракцию. Исходный поток охлаждают, сепарируют и выделяют легкую часть низкомолекулярного углеводородного сырья с последующим его сжижением с выделением жидкой пропан-бутановой фракции в вихревом энергетическом разделителе. Вихревой энергетический разделитель представляет собой трехсекционную емкость, в которой вертикально размещена вихревая труба таким образом, что разделена на три секции горизонтальными перегородками - верхнюю, среднюю и нижнюю. При этом в верхней секции размещен холодный конец с теплообменником-змеевиком вихревой трубы, в средней - горячий конец, а в нижней - регулирующее устройство расхода горячего потока и сепарационное устройство по отделению из горячего потока жидкой фазы, содержащее клапан. Изобретение направлено на повышение ресурсов чистого углеводородного сырья, используемого во многих отраслях промышленности, когда исходное сырье содержит много нежелательных примесей. 2 ил.

Группа изобретений относится к системе и способу сжижения газа. Способ сжижения газа содержит следующие этапы. Подаваемый поток вводят в ожижитель, содержащий, по меньшей мере, теплый расширитель и холодный расширитель. Подаваемый поток сжимают в ожижителе до давления выше критического давления и охлаждают сжатый подаваемый поток до температуры ниже критической температуры для образования плотнофазного потока высокого давления. Плотнофазный поток высокого давления отводят из ожижителя и снижают давление плотнофазного потока высокого давления в устройстве расширения для образования результирующего двухфазного потока. Затем непосредственно подают результирующий двухфазный поток в резервуар для хранения. Выделенную часть результирующего двухфазного потока объединяют мгновенно с выкипающим паром жидкости в резервуаре для хранения для образования объединенного потока пара. Причем температура плотнофазного потока высокого давления ниже, чем температура выпускного потока холодного расширителя. Также описана система сжижения атмосферного газа. Группа изобретений направлена на создание простого и недорого способа сжижения с эффективным и полезным извлечением мгновенно выделяющихся паров из резервуаров. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил., 2 табл.

Способ и система предназначены для оптимизации операций изоляции диоксида углерода и направлены на управление рабочими параметрами наземной установки для сжатия диоксида углерода (CO2) или трубопровода для поддержания потока CO2 в жидком или сверхкритическом состоянии при транспортировке к месту изоляции. В способах и системе используют датчики для определения, является ли течение однофазным или двухфазным, и обратную связь для регулировки давления и/или температуры на входе трубопровода. Техническим результатом является снижение потерь полезной мощности, вырабатываемой электростанцией при разделении и сжатии потока CO2, текущего в трубопроводе. 3 н. и 11 з.п. ф-лы, 16 ил., 1 табл.

Способ предназначен для раздачи природного газа потребителям газа низкого давления с получением сжиженного газа. Способ заключается в отводе потока газа из магистрального трубопровода высокого давления, расширении его в многоступенчатой турбине с получением в ней механической энергии, теплообмене в теплообменнике и раздаче полученного газа низкого давления потребителю, при этом газ из магистрального трубопровода высокого давления направляют на вход тракта горячего теплоносителя теплообменного устройства и охлаждают, а на выходе из тракта его направляют в многоступенчатую турбину, где охлажденный поток газа расширяют до давления меньше заданного давления подачи потребителю в трубопроводе низкого давления, при котором подаваемый поток сжатого природного газа меняет свои параметры и свое агрегатное состояние, переходя из однофазного на входе в многоступенчатую турбину в двухфазный поток на выходе из нее, при этом из последнего отделяют в сепараторе жидкую фазу и направляют для раздачи в трубопровод сжиженного газа, а оставшуюся после отделения часть потока направляют на вход тракта холодного теплоносителя теплообменного устройства для подогрева при теплообмене с подаваемым потоком сжатого природного газа из магистрального трубопровода высокого давления и далее сжимают эту часть в дожимающем компрессоре до давления, равного давлению в трубопроводе низкого давления, одновременно нагревая ее до положительных температур, а затем направляют для раздачи в трубопровод низкого давления, причем на сжатие этой части природного газа в компрессоре используют механическую энергию расширения, полученную в многоступенчатой турбине, при этом отделение сжиженной части природного газа осуществляют после каждой ступени турбины. Техническим результатом изобретения является создание высокоэффективного способа раздачи природного газа с одновременным получением максимального количества сжиженного газа за счет механической энергии, полученной при расширении от перепада давлений в магистральном трубопроводе высокого давления и трубопроводе низкого давления. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ сжижения газа, заключающийся в том, что предварительно очищенный и осушенный природный газ охлаждают и конденсируют в теплообменнике предварительного охлаждения, затем сепарируют, отделяя жидкую этановую фракцию, которую направляют на фракционирование, а газовый поток с первого сепаратора последовательно охлаждают в теплообменнике сжижения, используя смешанный хладагент, переохлаждают газообразным азотом в теплообменнике переохлаждения, давление переохлажденного СПГ снижают в жидкостном детандере, и переохлажденный СПГ направляют на сепарирование, после чего сжижаемый газ направляют в емкость хранения СПГ, отсепарированный газ направляют в систему топливного газа. Установка для сжижения газа содержит теплообменник предварительного охлаждения, пять сепараторов, два дросселя, теплообменник сжижения, три компрессора, предназначенных для сжатия смешанного хладагента, пять воздушных охладителей, два насоса, жидкостный детандер, теплообменник переохлаждения, турбодетандерный агрегат, включающий детандер и компрессор, два компрессора азотного цикла. Технический результат, достигаемый группой изобретений, заключается в снижении энергетических затрат, необходимых для выполнения процесса сжижения газа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к газовой промышленности, конкретно к технологиям ожижения природного газа. Способ производства сжиженного природного газа, согласно которому входящий поток газа очищают от примесей и компримируют до разделения его на технологический и продукционный потоки. Технологический поток пропускают через детандер, оборудованный газовой турбиной, вращающий момент которой используют для компримирования входящего потока газа до разделения его на технологический и продукционный потоки. Технологический поток очищают от примеси тяжелых углеводородов путем их конденсации в сопловом аппарате детандера, который выполняют из теплопроводящего материала. Жидкую фазу переохлаждают перед скачиванием в емкость потребителя. Использование изобретение позволяет повысить производительность при снижении энергопотребления. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 1 ил.

Группа изобретений относится к области сжижения природных газов высокого давления и их смесей. Способ частичного сжижения природного газа по варианту 1 включает предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления. После охлаждения прямой поток дросселируют и разделяют в ректификационной колонне на жидкую фракцию и паровую фракцию. Паровую фракцию направляют на реконденсацию с последующим направлением части реконденсированного продукционного потока в ректификационную колонну в качестве флегмового орошения, а также дросселированием другой части реконденсированного продукционного потока и разделением ее на жидкостную фазу, являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу, направляемую далее в качестве обратного потока для охлаждения прямого потока. Жидкую фракцию из ректификационной колонны расширяют и, за счет реконденсации паровой фракции из ректификационной колонны, испаряют, далее нагревают прямым потоком, а после повторного дросселирования направляют в обратный поток. В отличие от способа по варианту 1 в способе частичного сжижения природного газа по варианту 2 часть прямого потока после охлаждения расширяют и соединяют с обратным потоком. Предложенная группа изобретений позволит получить сжиженный природный газ с малым содержанием высококипящих компонентов, в том числе диоксида углерода, обладающего повышенными эксплуатационными характеристиками, при снижении энергетических затрат на его производство. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Наверх