Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА (ВАРИАНТЫ)

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для получения сжиженного природного газа (СПГ) на газораспределительных станциях (ГРС) за счет использования перепада давления между магистральным и распределительным трубопроводами.

Известен способ производства сжиженного природного газа и комплекс для его реализации [RU 2541360, опубл. 10.02.2015 г., МПК F25J 1/00], который включает соединенную с магистралью ГРС входную линию природного газа с фильтром-пылеуловителем, входным счетчиком газа, блоком осушки, фильтром для очистки от частиц адсорбента, линию для утилизации тепла с теплообменником и регулятором давления, струйный компрессор, счетчик газа на выходе, блок очистки газа от углекислоты с фильтром, а также предварительный теплообменник, детандер-компрессорный агрегат со вспомогательными системами, основной теплообменник, дроссель, сепаратор с клапаном и хранилище для СПГ с криогенным насосом.

Недостатками известного комплекса является низкий выход СПГ из-за нерационального расходования энергии редуцирования технологического потока газа для его предварительное сжатие, а также низкое качество СПГ из-за отсутствия оборудования для очистки газа от тяжелых углеводородов.

Наиболее близок к предлагаемому изобретению способ сжижения природного газа (варианты) и установка для его реализации (варианты) [RU 2438081, опубл. 27.12.2011 г., МПК F25J 1/00], в одном из вариантов включающая линию газа высокого давления, разделяющуюся на линию продукционного газа и линию технологического газа, которая оснащена блоком осушки, предварительным теплообменником и детандером, и соединена перед основным теплообменником с линией обратного газа, образуя линию газа низкого давления с предварительным и основным теплообменниками. Линия продукционного потока оснащена компрессором, кинематически связанным с детандером, блоками осушки и очистки, а также предварительным и основным теплообменниками, дроссельным вентилем (редуцирующим устройством) и сепаратором с линиями обратного газа и слива СПГ.

Недостатком данной установки является низкий выход СПГ из-за отсутствия устройства для охлаждения сжатого продукционного газа и нерационального использования потенциала холода обратного газа из-за соединения линии обратного газа с линией технологического газа перед основным теплообменником.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение выхода СПГ.

Предложено два варианта установки.

Техническим результатом является увеличение выхода СПГ, которое в первом варианте установки достигается за счет размещения на линии продукционного газа теплообменников "сжатый продукционный газ/обратный газ" и "сжатый продукционный газ/газ низкого давления", за счет установки вместо дроссельного вентиля детандера, кинематически или электрически связанного с компрессором, а также за счет исключения соединения линии технологического газа с линией обратного газа. Во втором варианте установки технический результат достигается за счет аналогичных технических мероприятий, за исключением того, что на линии продукционного газа вместо теплообменника "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" установлен холодильник.

Указанный технический результат в первом варианте достигается тем, что в известной установке, включающей блок осушки, линию газа высокого давления, разделяющуюся на линию продукционного газа и линию технологического газа, которая оснащена предварительным теплообменником и детандером и соединяется с линией обратного газа, образуя линию газа низкого давления, а линия продукционного потока оснащена компрессором, связанным с детандером, блоком очистки, основным теплообменником, редуцирующим устройством и сепаратором с линиями обратного газа и слива СПГ, особенность заключается в том, что блок осушки расположен на линии газа высокого давления, на линии продукционного газа после компрессора установлены теплообменник "сжатый продукционный газ/обратный газ" и теплообменник "сжатый продукционный газ/газ низкого давления", после которого размещены блок очистки и теплообменник "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ", а линия обратного газа после теплообменника "сжатый продукционный газ/обратный газ" соединена с линией редуцированного технологического газа, а также с блоками очистки и осушки, которые соединены линиями подачи газов регенерации с линией редуцированного технологического газа после предварительного теплообменника, образуя линию газа низкого давления, при этом в качестве редуцирующего устройства установлен детандер, кинематически или электрически связанный с компрессором.

Отличие второго варианта заключается в установке на линии продукционного газа холодильника взамен теплообменника "сжатый продукционный газ/газ низкого давления".

Теплообменник "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" в обоих вариантах может быть выполнен двухсекционным, при этом блок очистки размещен между его секциями. Компрессор может быть связан с детандерами как кинематически, так и электрически, посредством электродвигателя, запитанного от с электрогенераторов, соединенных с детандерами. Холодильник может быть выполнен, например, в виде аппарата водяного или воздушного охлаждения. Блок очистки может включать узлы адсорбционной или абсорбционной очистки от углекислого газа и тяжелых углеводородов. Исполнение трубопровода технологического газа между детандером и теплообменником "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" должно исключать возможность образования на стенках отложений твердого углекислого газа, например, за счет высокой скорости и/или турбулизации потока газа. Исполнение теплообменника "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" должно исключать возможность накопления отложений твердого углекислого газа на внутренних поверхностях, например, за счет многосекционной конструкции с периодическим отключением секций по мере накопления отложений и их прогревом для испарения твердого углекислого газа. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Во втором варианте установки, в случае необходимости подогрева газа низкого давления, на байпасной линии газа низкого давления может быть дополнительно установлен теплообменник "сжатый продукционный газ/часть газа низкого давления".

Установка теплообменника "сжатый продукционный газ/обратный газ" и теплообменника "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" (первый вариант)/холодильника (второй вариант) обеспечивает вывод тепла сжатого продукционного газа из установки и уменьшает температуру продукционного газа, что увеличивает коэффициент ожижения и выход СПГ. Исключение соединения линии технологического газа с линией предварительно не подогретого обратного газа и установка детандера в качестве редуцирующего устройства позволяет дополнительно понизить температуру сжатого продукционного газа и еще более увеличить выход СПГ.

Оба варианта установки включает блоки осушки 1 и очистки 2, теплообменники: предварительный 3, основной 4, "сжатый продукционный газ/обратный газ" 5, "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" 6, детандеры 7 и 8, компрессор 9 и сепаратор 10. Теплообменник 6 может быть выполнен двухсекционным (показано пунктиром). Первый вариант установки включает еще теплообменник "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" 11, а второй вариант - холодильник 12, а также, возможно, теплообменник 13 "сжатый продукционный газ/часть газа низкого давления" (показано пунктиром).

При работе установки в первом варианте (фиг. 1) природный газ высокого давления, поступающий по линии 14, осушают в блоке 1 и разделяют на продукционный газ и технологический газ, который по линии 15 подают на охлаждение в теплообменник 3, редуцируют с помощью детандера 7, нагревают в теплообменниках 6 и 3, смешивают с газами регенерации, поступающими по линиям 16 и 17, и частью обратного газа, подаваемой из линии 18 после нагрева в теплообменниках 4 и 5. Полученный газ низкого давления по линии 19 выводят потребителю после нагрева в теплообменнике 11. Продукционный газ, выводимый из блока 1 по линии 20, сжимают в компрессоре 9, охлаждают в теплообменниках 5 и 11, очищают от углекислого газа и тяжелых примесей в блоке 2, охлаждают в теплообменниках 6 и 4, редуцируют с помощью детандера 8 и разделяют в сепараторе 10 на СПГ, выводимый по линии 21, и обратный газ, который по линии 18 подают на нагрев в теплообменники 4 и 5 и разделяют на две части, одну из которых подают в линию 15, а другую в качестве продувочного газа по линии 22 направляют в блоки 1 и 2 для регенерации адсорбентов. При двухсекционном исполнении теплообменника 6 блок 2 размещают между секциями и соединяют с линиями 22 и 16 (показано пунктиром). Работа второго варианта установки (фиг. 2) отличается тем, что сжатый продуктовый газ после теплообменника 5 охлаждают в холодильнике 12. При необходимости подогрева газа низкого давления, на байпасной линии газа низкого давления может быть дополнительно установлен теплообменник "сжатый продукционный газ/часть газа низкого давления" 13 (показано пунктиром).

Таким образом, предлагаемая установка позволяет увеличить выход СПГ и может найти применение в газовой промышленности.