Результат интеллектуальной деятельности: Способ ожижения природного газа

Изобретение относится к холодильной и криогенной технике, касается способа охлаждения и конденсации газовых смесей и может быть использовано для ожижения природного газа.

Известен способ ожижения природного газа, в котором поток хладагента (документ SU 645618 А, дата публикации 30.01.1979 г., принят за прототип), состоящий из нескольких компонентов с различной точкой кипения, сжимается в первой ступени компрессора до промежуточного давления, охлаждается в охладителе и смешивается с частью потока, отделенного после дополнительного сепаратора. Затем полученная смесь сжимается во второй ступени компрессора до высокого давления, охлаждается в охладителе и сепарируется с получением жидкой фракции, которая охлаждается в дополнительном теплообменнике. Охлажденная фракция расширяется до промежуточного давления и направляется в обратный поток этого же теплообменника, где частично выпаривается и повторно сепарируется с получением менее тяжелой газообразной фракции, которая смешивается с потоком из первой ступени сжатия компрессора, и более тяжелой жидкой фракции, которая охлаждается в дополнительном теплообменнике за счет теплообмена с обратным потоком и внешним газовым потоком. Далее охлажденная более тяжелая фракция охлаждается в первом теплообменнике вместе с природным газом, расширяется до низкого давления и смешивается с обратным потоком, который испаряется в том же теплообменнике и поступает на первую ступень сжатия компрессора. Оставшаяся часть циркулирующего потока хладагента в виде газообразной фракции с высоким давлением охлаждается в первом теплообменнике вместе с природным газом и сепарируется с получением жидкой фракции, которая после охлаждения во втором теплообменнике расширяется и смешивается с обратным потоком, и газообразной фракции, которая охлаждается и сжижается вместе с природным газом во втором и третьем теплообменниках, расширяется до низкого давления и направляется в обратный поток. К недостаткам этого способа следует отнести использование сложного дополнительного оборудования, требуемого для предварительного охлаждения жидкой фракции, отделяемой после компрессора.

Целью изобретения является снижение расхода энергии, потребляемой в процессе охлаждения и конденсации природного газа, и упрощение используемого оборудования.

Техническим результатом является повышение энергоэффективности процесса ожижения природного газа.

Технический результат достигается тем, что в способе ожижения природного газа поток хладагента, состоящий из нескольких компонентов с различной температурой кипения, сжимается в первой ступени сжатия, охлаждается в промежуточном охладителе, смешивается с частью циркулирующего хладагента, отделенного во втором сепараторе после компрессора, сжимается во второй ступени сжатия и охлаждается в концевом охладителе, далее поток разделяется во втором сепараторе с получением газовой фракции, которая охлаждается вместе с природным газом в первом теплообменнике за счет испарения обратного потока и повторно сепарируется, жидкая фракция из третьего сепаратора охлаждается во втором теплообменнике вместе с природным газом, расширяется до низкого давления и смешивается с обратным потоком из третьего теплообменника, который после испарения во втором и первом теплообменниках направляется на первую ступень сжатия компрессора, газовая фракция из третьего сепаратора последовательно сжижается вместе с природным газом во втором и третьем теплообменниках, расширяется и направляется в обратный поток, после промежуточного охладителя первой ступени сжатия и смешения поток с промежуточным давлением разделяется в первом сепараторе на жидкую и газовую фракции, газовая фракция сжимается во второй ступени сжатия компрессора и направляется во второй сепаратор, из которого жидкая фракция с высоким давлением, расширяется до промежуточного давления, нагревается в четвертом теплообменнике и возвращается на вторую ступень сжатия перед первым сепаратором, жидкая фракция из первого сепаратора предварительно охлаждается в четвертом теплообменнике за счет холода расширенной жидкой фракции из второго сепаратора, далее она охлаждается в первом теплообменнике вместе с природным газом, расширяется до низкого давления и смешивается с обратным потоком.

В качестве аппарата предварительного охлаждения предлагается использовать двухпоточный теплообменный аппарат.

Изобретение поясняется фиг. 1, на которой представлена схема реализации предлагаемого способа.

Схема содержит поток 1 охлаждаемого и конденсируемого природного газа, блок охлаждения, включающий компрессор 2, состоящий из двух ступеней, промежуточный охладитель 3, концевой охладитель 4, первый сепаратор 5, четвертый теплообменник 6, второй сепаратор 7, первый теплообменник 8, третий сепаратор 9, второй теплообменник 10, третий теплообменник 11, расширительные клапаны 12-16. Четвертый теплообменник имеет змеевик 17, первый - змеевики 18-20, второй - змеевики 21-23 и третий теплообменник имеет змеевики 24 и 25.

Способ осуществляется следующим образом.

Циркулирующий хладагент сжимают в компрессоре 2 до давления 41,5 бар, охлаждают в промежуточном охладителе 3 и смешивают с обратным потоком из четвертого теплообменника 6. Полученный поток направляют в первый сепаратор 5. Газовую фракцию из первого сепаратора 5 дожимают до высокого давления во второй ступени компрессора 2, охлаждают в концевом охладителе 4 и сепарируют во втором сепараторе 7. Жидкую фракцию из второго сепаратора 7 расширяют до промежуточного давления в расширительном клапане 12 и нагревают в межтрубном пространстве четвертого теплообменника 6, затем смешивают с потоком из промежуточного охладителя 3. Жидкую фракцию из первого сепаратора 5 дополнительно охлаждают сначала в змеевике 17 четвертого теплообменника 6, затем в змеевике 19 первого теплообменника 8, расширяют до низкого давления в расширительном клапане 13, смешивают с обратным потоком из второго теплообменника 10, испаряют в первом теплообменнике 8 и направляют на всасывание первой ступени компрессора 2. За счет снижения температуры более тяжелой жидкой фракции (с более высокой температурой кипения), отделяемой из первого сепаратора, снижается температурный напор в первом теплообменнике, что приводит к повышению энергоэффективности всего процесса ожижения. Остальную часть циркулирующего хладагента выводят в виде газообразной фракции из второго сепаратора 7, частично конденсируют в змеевике 18 первого теплообменника 8 и направляют в третий сепаратор 9 для повторной сепарации. В третьем сепараторе 9 отделяют сконденсированную фракцию, переохлаждают в змеевике 22 второго теплообменника 10, расширяют до низкого давления в расширительном клапане 14, смешивают с обратным потоком из третьего теплообменника 11, который нагревают и испаряют во втором теплообменнике 10 и первом теплообменнике 8, и направляют на всасывание первой ступени компрессора 2. После отделения жидкой фракции газовый поток из третьего сепаратора 9 конденсируют сначала в змеевике 21 второго теплообменника 10 за счет теплообмена с расширенной сконденсированной фракцией из третьего сепаратора 9 и в змеевике 24 третьего теплообменника 11 за счет теплообмена с расширенным остатком циркулирующего хладагента и расширяют в расширительном клапане 15, после чего его нагревают и испаряют в теплообменниках 11, 10 и 8 и подают на всасывание первой ступени компрессора 2. Отделение более тяжелой жидкой фракции перед вторым теплообменником и подача в третий теплообменник менее тяжелой газообразной фракции обеспечивает минимальные разницы температур между прямыми и обратными потоками в теплообменниках, что приводит к повышению энергоэффективности процесса ожижения.

Поток 1 природного газа подвергают последовательному охлаждению, конденсации и переохлаждению в змеевиках 20, 23 и 25 теплообменников 8, 10 и 11 за счет противоточного теплообмена со сконденсированными и расширенными фракциями циркулирующего хладагента. Сконденсированную газовую смесь (сжиженный природный газ) удаляют из блока ожижения и расширяют до атмосферного давления в расширительном клапане 16.