Результат интеллектуальной деятельности: Установка для производства сжиженного природного газа

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для получения сжиженного природного газа (СПГ) 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 входную линию природного газа с фильтром-пылеуловителем, счетчиком газа, блоком осушки и фильтром, линию для утилизации тепла с теплообменником и регулятором давления, струйный компрессор, счетчик газа на выходе, блок очистки газа с фильтром, а также предварительный теплообменник, детандер-компрессорный агрегат со вспомогательными системами, основной теплообменник, дроссель, сепаратор и хранилище СПГ с криогенным насосом.

Недостатками известного комплекса является низкий выход СПГ из-за нерационального расходования энергии редуцирования технологического потока газа.

Наиболее близки к предлагаемому изобретению установка сжижения природного газа и способ ее работы (варианты) [RU 2671665, опубл. 06.11.2018 г., МПК F25J 1/00], в одном из вариантов, включающая блоки осушки и очистки газа, теплообменники: предварительный, основной, "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" и "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ", редуцирующее устройство, детандер, компрессор и сепаратор.

Недостатком данной установки является низкий выход СПГ из-за несовершенной организации теплообмена и неравномерный выход СПГ в связи с сезонными колебаниями отбора газа низкого давления.

Задачей изобретения является увеличение выхода СПГ и обеспечение его постоянства.

Техническим результатом является увеличение выхода СПГ за счет оптимизации теплообмена и обеспечение постоянства выхода за счет оснащения установки холодильной машиной и циркуляционным компрессором.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке, включающей блоки осушки и очистки газа, теплообменник, сепаратор, редуцирующее устройство, а также детандер и компрессор, соединенные между собой, особенность заключается в том, что на линии продукционного газа последовательно расположены первый компрессор, соединенный с детандером, первый холодильник, первая секция теплообменника, блок очистки, вторая секция теплообменника, редуцирующее устройство и сепаратор, оснащенный линией вывода сжиженного природного газа и линией обратного газа, которая соединена с линией технологического газа после детандера, с образованием линии газа низкого давления, на которой расположен теплообменник, при этом на линии технологического газа выполнена байпасная линия, на которой установлена холодильная машина, а линия газа низкого давления соединена с линией технологического газа до детандера линией подачи циркуляционного газа, на которой установлены второй компрессор и второй холодильник.

В качестве редуцирующего устройства может быть установлен редуцирующий вентиль, газодинамическое устройство или детандер. Первый компрессор соединен с детандером(ами) с помощью кинематической и/или электрической, и/или магнитной, и/или гидравлической связи. Холодильники могут быть выполнены, например, в виде аппаратов водяного или воздушного охлаждения. Блок очистки может быть выполнен, например, в виде узла адсорбционной очистки от углекислого газа. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.

Предотвращение отложения твердого углекислого газа в линии редуцированного технологического газа достигается, например, за счет высокой скорости и/или турбулизации потока газа, а в предварительном теплообменнике - за счет его исполнения в виде многосекционного аппарата с возможностью периодического отключения секций для их прогрева. В качестве продувочного газа для адсорбционной очистки может быть использована часть очищенного продукционного газа, а газ регенерации может быть направлен в линию газа низкого давления. При необходимости отгрузки СПГ при более низком давлении, чем давление его хранения, СПГ редуцируют и сепарируют, направляя полученный СПГ низкого давления на отгрузку, а газ сепарации после сжатия - в линию обратного газа. При необходимости повышения выхода СПГ привод компрессора подпитывают дополнительным количеством энергии.

Предложенная схема охлаждения сжатого продукционного газа в холодильнике и теплообменнике позволяет вывести из установки тепло, выделившееся при сжатии продукционного газа, понизить его температуру и увеличить выход СПГ. Постоянство выхода СПГ обеспечивает установка холодильной машины на байпасной линии технологического газа для снижения температуры последнего перед редуцированием, и, дополнительно, установка второго компрессора и второго холодильника на линии подачи циркуляционного газа, что позволяет поддерживать расход технологического газа независимо от отбора газа низкого давления.

Установка включает блоки осушки 1 и очистки 2, теплообменник 3, первый 4 и второй 5 холодильники, детандер 6, редуцирующее устройство 7 (условно показан детандер), первый 8 и второй 9 компрессоры, сепаратор 10 и холодильная машина 11. Пунктиром показано оборудование узла отгрузки: редуцирующее устройство 12, сепаратор 13 и компрессор 14.

В работе установки может быть три режима эксплуатации: зимний, весенне-осенний и летний. При работе установки (фиг. 1) в зимнем режиме, при максимальном отборе газа низкого давления, краны 15-18 закрыты, а кран 19 открыт, природный газ высокого давления, поступающий по линии 20, осушают в блоке 1 и разделяют на продукционный газ и технологический газ, который направляют по линии 21 в детандер 6, после редуцирования смешивают с обратным газом, подаваемым по линии 22, а полученный газ низкого давления нагревают в теплообменнике 3 и выводят по линии 23. Продукционный газ, подаваемый по линии 24, сжимают компрессором 8, охлаждают в холодильнике 4 и первой секции теплообменника 3, очищают от углекислоты в блоке 2, затем охлаждают во второй секции теплообменника 3, редуцируют с помощью устройства 7 и разделяют в сепараторе 10 на СПГ, выводимый по линии 25, и обратный газ, который по линии 22 подают в линию 21. Пунктиром показана подача продувочного газа в блок 2 по линии 26 из линии 24, подача газа регенерации из блока 2 по линии 27 в линию 23, подача дополнительного количества энергии в компрессор 7 по линии 28, а также снижение давления СПГ путем редуцирования с помощью устройства 12, и разделения в сепараторе 13 на СПГ низкого давления, выводимый по линии 29, и газ сепарации, который сжимают компрессором 14 и подают по линии 30 в линию 22. Соединение детандеров 6 и, возможно, 7 с компрессором 8 показано штрихпунктиром.

При работе в весенне-осеннем режиме, когда отбор газа низкого давления снижается, при закрытом кране 19 и открытых кранах 15 и 16 технологический газ по байпасу пропускают через холодильную машину 11 для снижения температуры и поддержания выхода СПГ. В летнем режиме, при значительном снижении отбора газа низкого давления, дополнительно открывают краны 17 и 18 и рециркулируют часть газа низкого давления из линии 23 в линию 21 с помощью компрессора 9 после охлаждения в холодильнике 5.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет увеличить выход СПГ, обеспечивает его постоянство при сезонных изменениях отбора газа низкого давления и может быть использована в промышленности.