Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ЧАСТИЧНОГО СЖИЖЕНИЯ ПРИРОДНОГО ГАЗА (ВАРИАНТЫ)

Группа изобретений относится к области сжижения природных газов высокого давления и их смесей.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является способ частичного сжижения природного газа, включающий предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления, отделение части прямого потока, ее расширение и соединение с обратным потоком, охлаждение прямого потока, дросселирование и разделение в сборнике-сепараторе парожидкостной смеси на паровую и жидкостную фазы (см. RU 2212598 С1, опубл. 20.09.2003, МПК⁷F25J 1/00).

Недостаток известного способа - низкая эффективность разделения компонент смеси за счет изотермической двукратной сепарации жидкой и паровой фаз. Для достижения повышенной чистоты продукта при изотермическом разделении из сборника-сепаратора установки приходится извлекать чрезвычайно малое количество пара, которое затем реконденсируется и выдается потребителю в качестве конечного продукта. Так как доля чистого пара весьма мала, величину прямого потока требуется увеличивать, что возможно только за счет сокращения доли потока, уходящего на расширение в расширяющее устройство. При уменьшении этого потока, сокращается производительность расширительного устройства, и коэффициент сжижения установки снижается. Потери производительности в таком способе сжижения могут достигать 20% и более по сравнению со способом сжижения без реконденсации в зависимости от требуемой чистоты продукта.

Технический результат, на достижение которого направлена предлагаемая группа изобретений, заключается в получении сжиженного природного газа с малым содержанием высококипящих компонентов, в том числе диоксида углерода, и обладающего повышенными эксплуатационными характеристиками, при снижении энергетических затрат на его производство.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе частичного сжижения природного газа, включающем предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления, после охлаждения прямой поток дросселируют и разделяют в ректификационной колонне на жидкую фракцию и паровую фракцию, которую 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, а 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.

Технический результат изобретения достигается тем, что в способе частичного сжижения природного газа, включающем предварительное охлаждение прямого потока газа высокого давления, после охлаждения прямой поток разделяют на два потока, первый из которых направляют в расширяющее устройство и далее отправляют в обратный поток, а второй охлаждают и разделяют в ректификационной колонне на жидкую фракцию и паровую фракцию, которую 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, а 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.

Группа изобретений поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена схема установки для реализации способа частичного сжижения природного газа по варианту 1, на фиг.2 - схема установки для реализации способа частичного сжижения природного газа по варианту 2.

Схема для реализации способа частичного сжижения природного газа по варианту 1 (фиг.1) включает в себя источник газа высокого давления 1, предварительный теплообменник 2, дроссель 3, подогревающий теплообменник 4, регулирующий дроссель продукционного потока 5, ректификационную колонну 6 с отбором кубовой жидкости 7, регулирующий дроссель 8, теплообменник-реконденсатор 9, дроссель 10, сборник-сепаратор 11, отбор чистого жидкого продукта (сжиженного природного газа) 12, перепускной дроссель 13, обратный поток 14.

Схема для реализации способа частичного сжижения природного газа по варианту 2 (фиг.2) включает в себя источник газа высокого давления 1, предварительный теплообменник 2, расширяющее устройство 15, подогревающий теплообменник 4, регулирующий дроссель продукционного потока 5, ректификационную колонну 6 с отбором кубовой жидкости 7, регулирующий дроссель 8, теплообменник-реконденсатор 9, дроссель 10, сборник-сепаратор 11, отбор чистого жидкого продукта (сжиженного природного газа) 12, перепускной дроссель 13, промежуточный теплообменник 16, обратный поток 14.

Способ по варианту 1 (см. фиг.1) реализуется следующим образом.

Газ высокого давления (прямой поток), представленный смесью Метан 98%, Этан 0,5%, Пропан 0,375%, н-Бутан 0,125%, CO₂ 1%, с начальной температурой 293,15 К и давлением 15 МПа подают в предварительный теплообменник 2, где его охлаждают до 250-230 К. Последующее расширение газа в дросселе 3 происходит до 5-8 МПа. Далее прямой поток направляют на охлаждение в подогревающий теплообменник 4. После расширения в регулирующем дросселе 5 в ректификационную колонну 6 с десятью теоретическими тарелками поступает охлажденный прямой поток с паросодержанием 40% и давлением 3,5 МПа. В ректификационной колонне 6 прямой поток разделяется в результате тепломассообмена на жидкую (80%) и паровую фракции (39%). Далее продукционный поток в виде паровой фракции направляют на реконденсацию в теплообменник-реконденсатор 9. Реконденсированный продукционный поток из ректификационной колонны 6 делят на флегмовый поток (41%), который возвращается в ректификационную колонну 6 на орошение, и поток (59%), который расширяется через дроссель 10 и направляется в сборник-сепаратор 11 с давлением 0,6 МПа, где происходит его разделение на жидкостную фазу (67%), являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу (33%). Жидкостную фазу из сборника-сепаратора 11 направляют потребителю через отборник 12. Чистота конечного продукта по CO₂ - 50 ppm, суммарное содержание углеводородов С2+ менее 0,05%. Выход продукта составляет

15,4% от массового потока сырьевого газа (прямого потока). Паровую фазу направляют в качестве обратного потока в предварительный теплообменник 2 для охлаждения прямого потока. Жидкую фракцию из ректификационной колонны 6 расширяют до давления 2,0 МПа в регулирующем дросселе 8, а затем частично испаряют в теплообменнике-реконденсаторе 9. Затем поток полностью испаряется в подогревающем теплообменнике 4 и, после повторного расширения в перепускном дросселе 13 до давления 0,6 МПа его направляют в обратный поток совместно с паровой фазой из сборника-сепаратора 11.

Полученный сжиженный природный газ обладает высоким качеством, поскольку доля метана в нем стабильна и составляет не менее 98,5%. Пониженное содержание углеводородов С2+ и диоксида углерода предотвращает закупорку арматуры и аппаратов при отгрузке, хранении и регазификации сжиженного природного газа кристаллами диоксида углерода и тяжелых углеводородов С5+, позволяет устранить явление ролловера при смешивании различных партий продукта, стабилизировать теплоту сгорания топлива, устраняет образование нагара в форкамерах двигателей при пиролизе углеводородов С5+, снижает содержание оксидов азота в продуктах сгорания.

Способ по варианту 2 (см. фиг.2) реализуется следующим образом.

Газ высокого давления (прямой поток), представленный смесью Метан 98%, Этан 0,5%, Пропан 0,375%, н-Бутан 0,125%, CO₂ 1%, с начальной температурой 293,15 К и давлением 3,5 МПа подают в предварительный теплообменник 2, где его охлаждают до 240 К. Далее прямой поток разделяют на два потока, первый из которых (49%) направляют в расширяющее устройство 15 - турбодетандер с политропным КПД 75%, где расширяется до давления обратного потока - 0,6 МПа - и, затем, объединяется с обратным потоком на входе в промежуточный теплообменник 16, а второй поток (51%) охлаждают в промежуточном теплообменнике 16. Далее прямой поток направляют на охлаждение в подогревающий теплообменник 4. После расширения в регулирующем дросселе 5 в ректификационную колонну 6 с десятью теоретическими тарелками поступает охлажденный прямой поток с паросодержанием 40% и давлением 3,5 МПа. В ректификационной колонне 6 прямой поток разделяется в результате тепломассообмена на жидкую (80%) и паровую фракции (39%). Далее продукционный поток в виде паровой фракции направляют на реконденсацию в теплообменник-реконденсатор 9. Реконденсированный продукционный поток из ректификационной колонны 6 делят на флегмовый поток (41%), который возвращается в ректификационную колонну 6 на орошение, и поток (59%), который расширяется через дроссель 10 и направляется в сборник-сепаратор 11 с давлением 0,6 МПа, где происходит его разделение на жидкостную фазу (67%), являющуюся готовым продуктом, и паровую фазу (33%). Жидкостную фазу из сборника-сепаратора 11 направляют потребителю через отборник 12. Чистота конечного продукта по CO₂ - 50 ppm, суммарное содержание углеводородов С2+ менее 0,05%. Выход продукта составляет 7,9% от массового потока сырьевого газа (прямого потока). Паровую фазу направляют в качестве обратного потока в предварительный теплообменник 2 для охлаждения прямого потока. Температура обратного потока 14 на выходе из установки составляет 283,15 К. Жидкую фракцию из ректификационной колонны 6 расширяют до давления 2,0 МПа в регулирующем дросселе 8, а затем частично испаряют в таплообменнике-реконденсаторе 9. Затем поток полностью испаряется в подогревающем теплообменнике и, после повторного расширения в перепускном дросселе 13 до давления 0,6 МПа его направляют в обратный поток совместно с паровой фазой из сборника-сепаратора 11.

Полученный сжиженный природный газ обладает высоким качеством, поскольку доля метана в нем стабильна и составляет не менее 99,995%.