Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ СЖИЖЕННОГО МЕТАНА ВЫСОКОЙ ЧИСТОТЫ

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано в газовой промышленности для получения сжиженного метана высокой чистоты, например, в качестве топлива для ракетных двигателей.

Известен способ частичного сжижения природного газа и установка для его реализации [RU 2280826, опубл. 27.07.2006 г., МПК F25J 1/00], при этом способ включает предварительное охлаждение, очистку от масла и капельной влаги, адсорбционную осушку и очистку от углекислого газа прямого потока газа высокого давления, полученного сжатием смеси природного газа и обратного потока газа, его охлаждение до полной конденсации, очистку от твердых примесей фильтрованием, дросселирование, переохлаждение сжиженным природным газом и разделение на технологический поток, который используют для охлаждения и предварительного охлаждения компрессата и далее направляют на смешение с природным газом, и продуктовый поток, который дросселируют и сепарируют на сжиженный газ и паровую фазу, которой охлаждают компрессат, а затем используют в качестве регенерирующего потока для десорбции и топлива для привода компрессора и/или выводят с установки.

Недостатком данного способа является низкое содержание метана в сжиженном газе из-за отсутствия стадий очистки природного газа от тяжелых углеводородов.

Наиболее близок по технической сущности к предлагаемому изобретению способ частичного сжижения природного газа (варианты), позволяющий получить метан высокой чистоты [RU 2525759, опубл. 20.08.2014 г., МПК F25J 1/00], включающий предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления (компрессата) обратным потоком газа, его дросселирование (редуцирование) и разделение на продукционный (продуктовый) и технологический потоки, при этом технологический поток охлаждают, дросселируют, последовательно нагревают реконденсируемым продукционным потоком, продукционным и технологическим потоками и затем после повторного дросселирования направляют в обратный поток, кроме того, продукционный поток охлаждают, дросселируют, разделяют в ректификационной колонне на жидкую фракцию и паровую фракцию, которую реконденсируют с последующим направлением части реконденсированного продукционного потока в ректификационную колонну в качестве флегмового орошения, а также дросселированием и разделением (сепарацией) другой его части на жидкую фазу (сжиженный метан), являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу (газ сепарации), направляемую в обратный поток.

Недостатком устройства является низкий выход сжиженного метана высокой чистоты (7,5-8,2%) из-за отсутствия рециркуляции технологического потока газа.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение выхода жидкого метана высокой чистоты.

Техническим результатом, получаемым при использовании изобретения, является повышение выхода жидкого метана высокой чистоты за счет предварительного каталитического превращения тяжелых углеводородов природного газа в метан путем мягкого парового риформинга, а также за счет рециркуляции технологического потока газа.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе, включающем предварительное охлаждение компрессата, его разделение на технологический поток, который охлаждают, редуцируют и нагревают продуктовым и технологическим потоками, и продуктовый поток, который охлаждают, редуцируют и сепарируют с получением сжиженного метана и газа сепарации, особенность заключается в том, что природный газ предварительно подвергают мягкому паровому каталитическому риформингу совместно с водным конденсатом и деминерализованной водой с получением риформата, который смешивают с нагретым технологическим потоком и сжимают компрессором, оснащенным в качестве привода двигателем внутреннего сгорания, с получением компрессата, предварительное охлаждение которого осуществляют сторонним хладоагентом до температуры не ниже температуры гидратообразования, а перед разделением компрессата на технологический и продуктовый потоки его осушают и очищают от углекислого газа с получением метана высокой чистоты, водного конденсата и отходящего газа, содержащего CO₂, при этом газ сепарации нагревают продуктовым и технологическим потоками, смешивают с отходящим газом, содержащим CO₂, и используют в качестве топлива для привода компрессора.

Для увеличения выхода сжиженного метана высокой чистоты целесообразно дополнительно охлаждать продуктовый поток газом сепарации. При необходимости после предварительного охлаждения сторонним хладоагентом компрессат может быть дополнительно охлажден технологическим потоком и топливным газом.

Мягкий паровой каталитический риформинг природного газа совместно с водным конденсатом и деминерализованной водой, например, в соответствии с [RU 2443764, МПК C10L 3/10, опубл. 27.02.2012] позволяет получить риформат, не содержащий тяжелых углеводородов, за счет чего обеспечить высокую чистоту сжиженного метана.

Сжатие риформата в смеси с нагретым технологическим потоком компрессором, оснащенным в качестве привода двигателем внутреннего сгорания, позволяет в составе топлива, получаемого путем смешения газа сепарации с отходящим газом, содержащим CO₂, утилизировать примеси (азот, углекислый газ, водород, инертные газы), содержащиеся в компрессате. Примеси ртути и сернистых соединений удаляют на стадии мягкого парового риформинга.

При реализации предлагаемого способа природный газ (I) совместно с деминерализованной водой (II) и водным конденсатом (III) в блоке 1 подвергают мягкому паровому каталитическому риформингу с получением риформата (IV), который смешивают с технологическим потоком (V), сжимают компрессором 2, охлаждают до температуры не ниже температуры гидратообразования сторонним хладоагентом (например, воздухом) в теплообменнике 3 и подвергают осушке и очистке от углекислого газа в блоке 4 с получением отходящего газа, содержащего CO₂ (VI), и водного конденсата (III). Очищенный газ - метан высокой чистоты (VII) - разделяют на технологический поток (VIII), который охлаждают в теплообменнике 5, редуцируют в устройстве 6 (например, дроссельном вентиле или детандере), нагревают в теплообменнике 5 и смешивают с риформатом (IV), и продуктовый поток (IX), который охлаждают в теплообменнике 5, редуцируют в устройстве 7 (например, дроссельном вентиле или детандере), и сепарируют в устройстве 8 (например, емкостном сепараторе) с получением сжиженного высокой чистоты метана (X), выводимого с установки, и газа сепарации (XI), который нагревают в теплообменнике 5, смешивают с отходящим газом, содержащим CO₂ (VI), а полученный при этом топливный газ (XII) подают в качестве топлива в привод компрессора 9, например двигатель внутреннего сгорания.

При необходимости, после предварительного охлаждения в теплообменнике 3, компрессат может быть дополнительно охлажден технологическим потоком топливным газом (XII) и технологическим потоком (V) в теплообменнике 10 (показано пунктиром). Для достижения максимальной степени сжижения осуществляют дополнительное охлаждение продуктового потока (IX) газом сепарации (XI) в теплообменнике 11 (показано пунктиром).

Сущность изобретения иллюстрируется следующим примером. Природный газ состава (% об.): метан 94,5%, этан 2,5%, пропан 0,4%, бутаны 0,3%, С₅+ 0,1%, углекислый газ 0,2%, азот 2,0% в количестве 1000 нм³/час подвергают мягкому каталитическому паровому риформингу совместно с 20 кг/час деминерализованной воды и 9,8 кг/час конденсата водяного пара, при давлении 5,5 МПа и 20°C смешивают с 6190 нм³/час технологического потока и сжимают до 20 МПа, охлаждают воздухом до 40°C, затем в рекуперационном теплообменнике до 20°C, сепарируют и осушают композитным адсорбентом и очищают от углекислого газа цеолитом NaX с получением 7201 нм³/час осушенного газа, 52 нм³/час газа регенерации и конденсата водяного пара. Очищенный газ разделяют на 6190 нм³/час технологического потока и 1011 нм/час продуктового газа, потоки охлаждают до -146,1°C и редуцируют на детандерах: технологический поток - до 5,5 МПа, а продуктовый поток - до 0,15 МПа. Редуцированный технологический поток нагревают в рекуперационных теплообменниках до 20°C и направляют на смешение с природным газом. Редуцированный продуктовый поток сепарируют с получением 75 нм³/час газа сепарации, который смешивают с газами регенерации, нагревают в рекуперационных теплообменниках до 20°C, а полученный топливный газ используют в качестве топлива для привода компрессора. Выход сжиженного метана с чистотой более 99% составил 99% в расчете на исходный метан.

В аналогичных условиях при использовании способа по прототипу выход сжиженного метана высокой чистоты не превышал 8,2%.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет повысить выход сжиженного метана высокой чистоты и может найти применение в газовой промышленности.