Результат интеллектуальной деятельности: УСТАНОВКА ДЛЯ ВЫРАБОТКИ СЖИЖЕННОГО 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.

Недостатком известного комплекса является низкий выход СПГ из-за нерационального расходования энергии редуцирования технологического потока газа для его предварительного сжатия, 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 газа 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, а также большая металлоемкость оборудования из-за расположения блока очистки на линии сжатого продукционного газа, имеющего высокую температуру, что снижает емкость адсорбентов и увеличивает объем их загрузки.

Задачей предлагаемого изобретения является увеличение выхода СПГ и снижение металлоемкости оборудования.

Предложено два варианта установки.

Техническим результатом является увеличение выхода СПГ, которое в первом варианте установки достигается за счет размещения на линии продукционного газа теплообменника "сжатый продукционный газ/газ низкого давления", а также за счет установки вместо дроссельного вентиля детандера, кинематически или электрически связанного с компрессором и за счет исключения соединения линии технологического газа с линией предварительно не подогретого 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. Снижение металлоемкости достигается путем размещения блока очистки между двумя секциями теплообменника "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ".

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 с предварительным теплообменником, 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 сжатого продукционного газа последовательно установлены теплообменник "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" и двухсекционный теплообменник "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" с блоком очистки, размещенным между секциями, после которого линия технологического газа соединена с линией обратного газа после основного теплообменника, при этом в качестве редуцирующего устройства установлен детандер, связанный с компрессором.

Второй вариант установки отличается тем, что на линии сжатого продукционного газа установлен холодильник вместо теплообменника "сжатый продукционный газ/газ низкого давления".

В обоих вариантах линия технологического газа после предварительного теплообменника может быть соединена с линией продукционного газа до компрессора. При необходимости подогрева газа низкого давления во втором варианте установки на линии сжатого продукционного газа может быть расположен теплообменник "сжатый продукционный газ/часть газа низкого давления".

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 очистки от углекислого газа и тяжелых углеводородов. Исполнение трубопровода технологического газа между детандером и теплообменником "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" должно исключать возможность образования на стенках отложений твердого углекислого газа, например, за счет высокой скорости или турбулизации потока газа. Исполнение теплообменника "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" должно исключать возможность накопления отложений твердого углекислого газа на внутренних поверхностях, например, за счет двухсекционной 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.

Установка на линии продукционного газа теплообменника "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" (первый вариант) или холодильника (второй вариант) для охлаждения потока сжатого продукционного газа позволяет вывести из системы тепло, что уменьшает температуру продукционного газа, увеличивает коэффициент ожижения и выход СПГ. Соединение линии технологического газа с линией обратного газа после его подогрева за счет охлаждения им потока продукционного газа позволяет охладить последний в основном теплообменнике до более низкой температуры, что дополнительно увеличивает выход СПГ. Размещение блока очистки между секциями теплообменника "сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ" позволяет очищать газ при более низкой температуре, что повышает емкость адсорбентов, уменьшает объем их загрузки и снижает металлоемкость оборудования.

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

При работе первого варианта установки (фиг. 1) природный газ высокого давления, поступающий по линии 13, осушают в блоке 1 и разделяют на поток продукционного газа 14 и поток технологического газа 15, который охлаждают в теплообменнике 3, редуцируют в детандере 6, нагревают в теплообменнике 5 и смешивают с обратным потоком газа, подаваемым по линии 16 из сепаратора 9 после нагрева в теплообменнике 4. Полученный газ низкого давления по линии 17 выводят потребителю после нагрева в теплообменниках 3 и 10. Продукционный газ, подаваемый по линии 14, сжимают компрессором 8, охлаждают в теплообменнике 10 первой секции теплообменника 5, очищают от углекислого газа и тяжелых примесей в блоке 2, доохлаждают во второй секции теплообменника 5 и в теплообменнике 4, редуцируют в детандере 7 и разделяют в сепараторе 9 на обратный поток газа и СПГ, выводимый по линии 18. Работа второго варианта установки (фиг. 2) отличается тем, что сжатый продуктовый газ охлаждают в холодильнике 11. Пунктиром показано, что в обоих вариантах установки линия технологического газа после предварительного теплообменника может быть соединена с линией продукционного газа до компрессора линией 19, а при необходимости подогрева газа низкого давления во втором варианте установки, на байпасной линии газа низкого давления может быть дополнительно установлен теплообменник "сжатый продукционный газ/часть газа низкого давления" 12.

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