CZ2019618A3 - Zařízení pro zpracování zemního plynu - Google Patents

Zařízení pro zpracování zemního plynu Download PDF

Info

Publication number
CZ2019618A3
CZ2019618A3 CZ2019-618A CZ2019618A CZ2019618A3 CZ 2019618 A3 CZ2019618 A3 CZ 2019618A3 CZ 2019618 A CZ2019618 A CZ 2019618A CZ 2019618 A3 CZ2019618 A3 CZ 2019618A3
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
natural gas
refrigerant
pressure
block
gas processing
Prior art date
Application number
CZ2019-618A
Other languages
English (en)
Other versions
CZ308591B6 (cs
Inventor
Pierluigi GRITTI
Daniele Santus
Thomas MERKER
Original Assignee
Siad Macchine Impianti S.P.A.
GasNet, s.r.o.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siad Macchine Impianti S.P.A., GasNet, s.r.o. filed Critical Siad Macchine Impianti S.P.A.
Priority to CZ2019-618A priority Critical patent/CZ2019618A3/cs
Priority to EP20797363.7A priority patent/EP4038331A1/en
Priority to PCT/CZ2020/000045 priority patent/WO2021063429A1/en
Publication of CZ308591B6 publication Critical patent/CZ308591B6/cs
Publication of CZ2019618A3 publication Critical patent/CZ2019618A3/cs

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • F25J1/0037—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work of a return stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0047—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/005—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by expansion of a gaseous refrigerant stream with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/007—Primary atmospheric gases, mixtures thereof
    • F25J1/0072—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0203—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0204—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using a single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a single flow SCR cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0232—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes integration within a pressure letdown station of a high pressure pipeline system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0249—Controlling refrigerant inventory, i.e. composition or quantity
    • F25J1/025—Details related to the refrigerant production or treatment, e.g. make-up supply from feed gas itself
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0281—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc. characterised by the type of prime driver, e.g. hot gas expander
    • F25J1/0283—Gas turbine as the prime mechanical driver
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0285—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings
    • F25J1/0288—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion of the refrigerant, so-called companders
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0292—Refrigerant compression by cold or cryogenic suction of the refrigerant gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0296—Removal of the heat of compression, e.g. within an inter- or afterstage-cooler against an ambient heat sink
    • F25J1/0297—Removal of the heat of compression, e.g. within an inter- or afterstage-cooler against an ambient heat sink using an externally chilled fluid, e.g. chilled water
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/42—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/64—Separating heavy hydrocarbons, e.g. NGL, LPG, C4+ hydrocarbons or heavy condensates in general
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/04—Compressor cooling arrangement, e.g. inter- or after-stage cooling or condensate removal
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/20—Integrated compressor and process expander; Gear box arrangement; Multiple compressors on a common shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/90—Hot gas waste turbine of an indirect heated gas for power generation
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/04—Internal refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/904—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by liquid or gaseous cryogen in an open loop

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Zařízení pro zpracování zemního plynu, zejména zařízení pro zpracování zemního plynu obsahuje nejméně jeden zkapalňovací blok (1), který obsahuje přívod (10) zemního plynu, zkapalňovač (11), okruh (12) chladícího media a výstup (13) zkapalněného plynu. Zkapalňovací blok (1) je spojen s nejméně jedním blokem (2) pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu k získání chladové energie z tlakově redukovaného zemního plynu.

Description

Zařízení pro zpracování zemního plynu
Oblast techniky
Vynález se týká zařízení pro zpracování zemního plynu, zejména zařízení pro zpracování zemního plynu obsahující zkapalňováním.
Dosavadní stav techniky
Ze současného stavu techniky je známa celá řada způsobů a konstrukčních řešení zařízení pro zkapalňování plynů. Známá jsou i zařízení pro zkapalňování zemního plynu.
Z patentového dokumentu CZ PV 1998-536 A3 je znám způsob zkapalňování plynu bohatého na uhlovodík, který se uskutečňuje pomocí kryogenerátoru tak, že se plyn pomocí absorbéru nejprve čistí od komponentů rušících při zkapalňování, především od vodní páry a kysličníku uhličitého. Vyčištěný plyn se ochlazuje, přičemž ochlazování se uskutečňuje expanzí v expanzní turbíně. Plyn se dále zkapalňuje pomocí kryogenerátoru, a nakonec se plyn vede do zásobní nádrže. Zařízení k provádění tohoto způsobuje tvořeno absorbérem, ochlazovacím zařízením, popřípadě oddělovací jednotkou, kryogenerátorem, zásobní nádrží, motorem, který pohání kryogenerátor a elektrogenerátorem. Nevýhodou tohoto způsobu a zařízení je nízká produktivita a zejména vysoká spotřeba energie na jeho pohon.
Z dalšího patentového dokumentu CZ PV 1999-4556 A3 je znám způsob zkapalňování proudu plynu bohatého na methan o tlaku přibližně 3103 kPa, kde dále proud plynu expanduje na nižší tlak, za vzniku plynné fáze a kapalného produktu o teplotě pod -112 °C a dostatečném tlaku, aby byl kapalný produkt na teplotě bublinového varu nebo pod ní. Plynná fáze a kapalný produkt se potom ve vhodném separátoru fází oddělí a kapalný produkt se přivede do skladovacího zařízení k uložení při teplotě pod -112 °C. Nevýhodou tohoto způsobuje vysoká spotřeba energie na provoz zařízení, které ho provádí.
Z patentového dokumentu CZ PV 1999-4557 A3 je znám způsob zkapalňování stlačeného zemního plynu bohatého na methan výměníkem tepla chlazeným kaskádním chladicím systémem za tvorby kapalného produktu bohatého na methan o teplotě přibližně 112 °C. Při postupu proud stlačeného plynu přichází ve výměníku tepla do kontaktu s prvním chladicím okruhem, sestávajícím z nejméně jednoho chladicího stupně, čímž se proud plynu ochladí prvním podílem prvního chladivá za vzniku ochlazeného proudu plynu. Ochlazený proud plynu se potom uvede do kontaktu s druhým chladicím okruhem ve výměníku tepla, sestávajícím alespoň z jednoho chladicího stupně, čímž se teplota ochlazeného proudu plynu sníží za vzniku kapalného produktu bohatého na methan o teplotě nad přibližně -112 °C a tlaku dostatečném ktomu, aby se získal kapalný produkt při teplotě bublinového varu nebo pod ní. Stejně jako u předchozích konstrukčních řešení je nevýhodou toho způsobu vysoká vnitřní spotřeba energie na provoz zařízení, které ho provádí.
Zvýše uvedeného stavu techniky je známa celá řada nevýhod, přičemž jako nej výraznější nevýhoda se jeví to, že známá zařízení, a způsoby, jak pracují, mají vysokou spotřebu energie na svůj provoz.
Cílem vynálezu je konstrukce zařízení pro zpracování zemního plynu jeho zkapalňováním, které bude mít výrazně nižší náklady na svůj provoz.
-1 CZ 2019 - 618 A3
Podstata vynálezu
Uvedené nedostatky do značné míry odstraňuje a cíle vynálezu naplňuje zařízení pro zpracování zemního plynu, zejména zařízení pro zpracování zemního plynu obsahující nejméně jeden zkapalňovací blok, který obsahuje přívod zemního plynu, zkapalňovač, okruh chladicího média a výstup zkapalněného plynu, podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že zkapalňovací blok je spojen s nejméně jedním blokem pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu k získání chladové energie z tlakově redukovaného zemního plynu. Výhodou je to, že dochází k zpětnému získávání energie chladu, která pochází ze snižování tlaku toku zemního plynu, zejména v redukčních stanicích v sítích na přepravu nebo distribuci zemního plynu nebo při procesu vypouštění plynu ze zásobníku zemního plynu, a to přes ventily nebo systémy pro expanzi plynu, nebo je jiným způsobem získána z již pochlazeného zemního plynu, a její využití při zkapalňování zemního plynu, který je odebírán z distribuční sítě, na zkapalněný zemní plyn, při současném snižování spotřeby elektřiny v procesu zkapalňování využíváním energie chladu získané expanzí zemního plynu. Výhodou je to, že je jednoduše využita chladová energie, která způsobuje problémy v redukčních stanicích zemního plynu při redukci protékajícího plynu, kterými je například tvorba pevných methanhydrátů. Chladová energie je využita k úspoře nákladů na zařízení pro zkapalňování zemního plynu, a dále k úspoře nákladů na předehřev tohoto protékajícího zemního plynu, které by bylo potřeba pro to, aby se pevné methanhydráty netvořili.
Ve výhodném provedení obsahuje blok pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu nejméně jednu expanzní turbínu, která je svým nejméně jedním prvním výstupem tlakově redukovaného zemního plynu spojena s nejméně jedním tepelným výměníkem, který je součástí zkapalňovacího bloku. Výhodou tohoto konstrukčního řešení je relativně nejjednodušší a nejlevnější propojení bloku pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu se zkapalňovacím blokem.
Výhodné také je, když zkapalňovací blok dále obsahuje čisticí zařízení zemního plynu, které je uspořádáno na přívodu zemního plynu před jeho vstupem do zkapalňovače. Výhodou je to, že na výstupu z čisticího zařízení obsahuje zemní plyn pouze to, co se dá zkapalnit, přičemž čisticí zařízení odstraní ze zemního plynu všechny složky, které by jednak mohly působit problémy při zkapalňování, a které by zároveň snižovaly kvalitu vystupujícího zkapalněného zemního plynu.
Dále je výhodné, když je nejméně jeden tepelný výměník umístěn na přívodu zemního plynu do zkapalňovače, přičemž nejvýhodnější je, když je tepelný výměník uspořádán mezi čisticím zařízením zemního plynu a zkapalňovačem. Výhodou je to, že dojde k předchlazení zemního plynu vstupujícího do zkapalňovače a tím k zjednodušení a zefektivnění procesu zkapalňování.
Dále je také velice výhodné, když je nejméně jeden tepelný výměník umístěn na okruhu chladicího média, přičemž je tak jednoduše umožněno dodávání chladové energie z redukce tlaku zemního plynu, a zároveň je zemní plyn s redukovaným tlakem ohříván, což omezuje komplikace způsobené jeho nízkou teplotou při jeho distribuci.
S výhodou dále obsahuje blok pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu zařízení pro odstraňování vody ze zemního plynu, které je uspořádáno před expanzní turbínou na přívodu zemního plynu. Výhodou je to, že je odstraněna voda, která by jinak způsobila problémy při redukci tlaku zemního plynu, přesněji mohla by způsobit omezení průtoku díky svému namrznutí na stěny.
Velice výhodné je, když okruh chladicího média dále obsahuje expanzní turbínu chladicího média a nejméně jedno zařízení pro kompresi chladicího média, kterým je recyklační kompresor, a/nebo sekundární kompresor, a/nebo posilovači kompresor. Výhodou je to, že tato zařízení zajistí vychlazení chladicího média tak, že zkapalňování probíhá rychle, efektivně a bez komplikací.
V optimálním konstrukčním uspořádání je na okruhu chladicího média, ve směru pohybu chladicího média, uspořádán zkapalňovač, který je spojen s recyklačním kompresorem, který je
- 2 CZ 2019 - 618 A3 spojen s tepelným výměníkem, který je spojen se sekundárním kompresorem, který je spojen s dalším tepelným výměníkem, který je spojen s posilovacím kompresorem, který je spojen s dalším tepelným výměníkem, který je spojen se zkapalňovačem. Výhodou je to, že je možné, před opětovným stupem chladicího média do zkapalňovače, připravit co nejvýhodnější teplotu chladicího média pro zkapalňovací proces.
Ve výhodném provedení také obsahuje zkapalňovač nejméně jeden výměník, uspořádaný současně na okruhu chladicího média ve směru pohybu chladicího média, který je spojen s expanzní turbínou chladicího média uspořádanou mimo zkapalňovač, která je spojena se zkapalňovacím výměníkem uspořádaným ve zkapalňovači.
Dále je výhodné, když je expanzní turbína chladicího média hřídelí spojena s posilovacím kompresorem. Výhodou je jednoduché konstrukční řešení, které dále snižuje spotřebu energie potřebné na zkapalňování. Variantně může být přenos energie z expanzní turbíny chladicího média do posilovacího kompresoru řešen tak, že expanzní turbína je spojena s generátorem elektrické energie, která je vedena do posilovacího kompresoru k jeho pohonu.
Výhodné také je, když zkapalňovací blok dále obsahuje doplňovací vedení chladicího média, které napojeno na okruh chladicího média k doplnění ztrát chladicího média v expanzní turbíně chladicího média.
Je výhodné, když je doplňovací vedení chladicího média na okruh chladicího média napojeno v nejméně jednom zařízení pro expanzi chladicího média. V nej výhodnějším provedení je zařízením pro expanzi chladicího média sekundární kompresor a/nebo recyklační kompresor, na které je napojeno doplňovací vedení chladicího média. Výhodou je relativně jednoduchá konstrukce zajišťující bezproblémový provoz.
Výhodné také je, když doplňovací vedení chladicího média nejprve prochází přes chladicí výměník zkapalňovače. Výhodou je to, že přiváděné chladicí médium je v kapalné formě, přičemž při jeho přeměně na plynnou fázi dochází k výdeji chladové energie, která je s výhodou využita k dalšímu předchlazení chladicího média před jeho vstupem do zkapalňovacího procesu.
Z pohledu další významné úspory nákladů je výhodné, když je expanzní turbína, uspořádaná v bloku pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu, hřídelí spojena se sekundárním kompresorem, uspořádaným ve zkapalňovacím bloku. Variantně může být opět přenos energie z expanzní turbíny do sekundárního kompresoru řešen tak, že je expanzní turbína spojena s generátorem elektrické energie, která je vedena do sekundárního kompresoru k jeho pohonu.
Z technického hlediska je nej výhodnějším chladicím médiem dusík.
Velice výhodné dále je, když zařízení pro zpracování zemního plynu dále obsahuje nejméně jeden další nezávislý blok pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu. Výhodou je, že tak je možné zajistit stabilní průtok přiváděného zemního plynu do alespoň jednoho bloku pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu, a že nezávisle na sezónních změnách velikosti vystupujícího proudu tlakově redukovaného zemního plynu, je zajištěna i stabilní výroba zkapalněného zemního plynu, a to i v obdobích, kdy je celkový přítok zemního plynu vyšší, než je plánovaná velikost toku zemního plynu blokem pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu a zkapalňovacím blokem, přičemž tok přesahující tuto plánovanou velikost bude směřován do dalšího nezávislého bloku pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu.
Hlavní výhodou zařízení pro zpracování zemního plynu, podle vynálezu je to, že využívá jinak nevyužitou nebo dokonce škodlivou chladovou energii, která je vytvářena při procesu snižování tlaku zemního plynu v regulačních stanicích pro snižování tlaku zemního plynu umístěných obvykle na rozhraní mezi vysokotlakým a středotlakým nebo nízkotlakým tokem v distribučních nebo přepravních sítích zemního plynu.
-3CZ 2019 - 618 A3
Další výhodou je možnost výroby zkapalněného zemního plynu i v oblastech vzdálených od terminálů zkapalněného zemního plynu za konkurenční ceny ze zemního plynu, který je odebírán zběžných přepravních nebo distribučních sítí. Další potencionální výhodou zařízení pro zpracování zemního plynu podle vynálezu je to, že ho lze využít jako součást regulační plynové stanice pro stabilizaci průtoku plynu v obdobích s jeho nižší a vyšší spotřebou, kdy v okamžiku nižší spotřeby plynu, například v létě, se přebytečný zemní plyn zkapalňuje a ukládá v zásobníku, z kterého se v okamžiku zvýšené spotřeby, například v zimě uvolňuje, přičemž proud plynu vstupujícího do regulační stanice může být stále stejný.
Zařízení pro zpracování zemního plynu, podle vynálezu, přináší významné ekonomické úspory. Oproti známému řešení dochází k významným úsporám elektrické energie při provozu systému dusíku. Je zapotřebí méně energie, protože část chladicí energie je zajištěna ochlazeným tokem plynu z bloku pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu. Pro srovnání má známé zkapalňovači zařízení, s kapacitou 25 tun zkapalněného zemního plynu, využívající jako chladicí médium dusík, měrnou spotřebu elektřiny nejméně 0,56 kWh na Nm3 zkapalněného zemního plynu, při spotřebě nejméně 0,10 Nm3 dusíku na Nm3 zkapalněného zemního plynu, přičemž zařízení pro zpracování zemního plynu, podle vynálezu, umožňuje snížení měrné spotřeby elektřiny na zkapalňování zemního plynu přibližně o 75 %, při mírném navýšení spotřeby dusíku přibližně o 0,03 Nm3 dusíku na Nm3 zkapalněného zemního plynu. Dále je také z hlediska provozovatele distribuční sítě velice výhodné to, že lze ušetřit značné množství energie na předehřev, protože tok zemního plynu z bloku pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu má po průchodu přes tepelné výměníky teplotu vyšší než požadované 4 °C.
Objasnění výkresů
Vynález bude blíže osvětlen pomocí výkresu, na kterém obr. 1 znázorňuje zapojení obsahující zkapalňovači blok a blok pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu a obr. 2 znázorňuje zapojení obsahující zkapalňovači blok, blok pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu a další nezávislý blok pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu.
Příklady uskutečnění vynálezu
Příklad 1
Zařízení pro zpracování zemního plynu (obr. 1) obsahuje zkapalňovači blok]_, který obsahuje vysokotlaký přívod 10 zemního plynu, zkapalňovač 11. okruh 12 chladicího média, kterým je dusík, a výstup 13 zkapalněného plynu. Zkapalňovači blok j_je spojen s blokem 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu k získání chladové energie z tlakově redukovaného zemního plynu.
Blok 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu obsahuje expanzní turbínu 4, která je svým prvním výstupem 5 tlakově redukovaného plynu spojena se čtyřmi tepelnými výměníky 6, 7, 8, 9, které jsou součástí zkapalňovacího bloku 1. Expanzní turbína 4 je dále svým druhým výstupem 34 spojena s redukčním ventilem 35. který je dále spojen nízkotlakým výstupem 24 zemního plynu.
Blok 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu dále obsahuje zařízení 15 pro odstraňování vody ze zemního plynu, které je uspořádáno před expanzní turbínou 4 na vysokotlakém přívodu 14 zemního plynu.
Zkapalňovači blok 1 dále obsahuje čisticí zařízení 16 zemního plynu, které je uspořádáno na vysokotlakém přívodu 10 zemního plynu před jeho vstupem do zkapalňovače JJ_.
-4CZ 2019 - 618 A3
Mezi čisticím zařízením 16 zemního plynu a zkapalňovačem 11 je na vysokotlakém přívodu 10 zemního plynu do zkapalňovače 11 uspořádán tepelný výměník 6.
Na okruhu 12 chladicího média jsou uspořádány tři tepelné výměníky 7, 8, 9.
Okruh 12 chladicího média dále obsahuje expanzní turbínu 17 chladicího média a tři zařízení 25 pro kompresi chladicího média, kterým jsou recyklační kompresor 18, sekundární kompresor 19, a posilovači kompresor 20.
Na okruhu 12 chladicího média je, ve směru pohybu chladicího média, uspořádán zkapalňovač 11, kterýje spojen s recyklačním kompresorem 18. 25. kterýje spojen s tepelným výměníkem 7, který je spojen se sekundárním kompresorem 19. 25. kterýje spojen s dalším tepelným výměníkem 8, kterýje spojen s posilovacím kompresorem 20, 25, kterýje spojen s dalším tepelným výměníkem 9, kterýje spojen se zkapalňovačem 11.
Zkapalňovač 11 obsahuje výměník 30. uspořádaný současně na okruhu 12 chladicího média ve směru pohybu chladicího média, který je spojen s expanzní turbínou 17 chladicího média uspořádanou mimo zkapalňovač 11. která je spojena se zkapalňovacím výměníkem 31 uspořádaným ve zkapalňovači 11.
Expanzní turbína 17 chladicího média je hřídelí 23 spojena s posilovacím kompresorem 20. Podle neznázoměné varianty může být expanzní turbína 17 chladicího média spojena s elektrickým generátorem, kterýje elektrickým vedením spojen s pohonem posilovacího kompresoru 20.
Expanzní turbína 4, uspořádaná v bloku 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynuje hřídelí 22 spojena se sekundárním kompresorem 19. uspořádaným v zkapalňovacím bloku 1. Podle neznázoměné varianty může být tato expanzní turbína 4 s elektrickým generátorem, který je elektrickým vedením spojen s pohonem sekundárního kompresem 19.
Zkapalňovači blok ]_ dále obsahuje doplňovací vedení 21 chladicího média, které je napojeno na okruh 12 chladicího média k doplnění ztrát chladicího média, přičemž doplňovací vedení 21 chladicího média nejprve prochází přes chladicí výměník 30 zkapalňovače 11. Doplňovací vedení 21 chladicího média je na okruh 12 chladicího média napojeno v dvou zařízeních 25 pro expanzi chladicího média, kterými jsou sekundární kompresor 19 a recyklační kompresor 18.
Zařízení pro zpracování zemního plynu pracuje tak, že do bloku 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu je vysokotlakým přívodem 14 přiváděn zemní plyn, přičemž chladová energie z procesu redukce tlaku je následně využita jako část chladové energie potřebné pro zkapalňování zemního plynu.
Nejprve se z toku tohoto zemního plynu odstraní v zařízení 15 pro odstraňování vody ze zemního plynu voda, čímž se zabrání zamrznutí jejího obsahu v ochlazeném zemním plynu při expanzi, respektive za expanzí v expanzní turbíně 4. Zařízení 15 pro odstraňování vody ze zemního plynu odstraní vodu v toku zemního plynu a sníží její obsah na hodnotu 1 ppm.
Suchý zemní plyn je veden přes expanzní turbínu 4, přičemž hladina jeho tlaku klesá z vysokého tlaku na střední tlak, nebo nízký tlak, například z hodnot tlaku 8 až 4 MPa na hodnoty tlaku 2,5 až 0,5 MPa.
Teplota zemního plynu před expanzní turbínou 4 se pohybuje v rozmezí 4 až 20 °C v závislosti na počasí. Z důvodu adiabatické expanze dosahuje jeho teplota po expanzi v expanzní turbíně 4 hodnoty -40 až -25 °C, přičemž čím vyšší je poměr tlaku na přítoku plynu na jedné straně expanzní turbíny 4 a na odtoku plynu za expanzní turbínou 4 na straně druhé, tím nižší j sou dosažené teploty.
-5CZ 2019 - 618 A3
Takto ochlazený tok zemního plynu vstupuje tedy do tepelných výměníků 6, 7, 8, 9 s teplotou -40 až -25 °C, přičemž přenáší chladovou energii z ochlazeného toku zemního plynu z bloku 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu, do tepelného výměníku 6 ochlazujícího zemní plyn před vstupem do zkapalňovače 11, a paralelně prostřednictvím tří tepelných výměníků 7, 8, 9 na chladicí médium, kterým je dusík, které koluje v okruhu 12 chladicího média, který je součástí zkapalňovacího bloku 1, čímž dochází předchlazení dusíku před vstupem do zkapalňovače 11.
Další část zařízení pro zpracování zemního plynu, kterým je zkapalňovací blok 1, obsahuje okruh 12 chladicího média, kterým je dusík. Okruh 12 chladicího média zajišťuje opakované stlačování a expanzi dusíku, který při tom dosahuje teploty pod -140 °C v plynném skupenství, o tlaku na úrovni 0,3 až 0,5 MPa.
Tok zemního plynu určeného ke zkapalnění nejprve vstupuje do čisticího zařízení 16 zemního plynu, ve kterém dojde k odstranění CO2 a vody, jakož i dalších nečistot v toku zemního plynu. To zabraňuje zamrznutí zbytků CO2 a vody v zemním plynu během procesu expanze a zkapalňování.
Za čisticím zařízením 16 je tok zemního plynu předchlazen vedením plynu přes tepelný výměník tepla 6, přičemž teplota zemního plynu klesá z hodnoty 4 až 20 °C na -30 až -15 °C.
Následně vstupuje tok zemního plynu do zkapalňovače 11, přičemž plynný dusík mu ve zkapalňovacím výměníku 31 předá chladovou energii, přičemž vznikne zkapalněný zemní plyn, který vystupuje ze zkapalňovače 11 při teplotě -145 až 155 °C.
Zařízení uspořádaná na okruhu 12 chladicího média pracují tak, že plynný dusík obíhá okruhem 12 chladicího média, přičemž plynný dusík o teplotě -70 °C až -60 °C expanduje v expanzní turbíně 17 chladicího média, přičemž dosahuje teploty -150 °C až -140 °C, přičemž jeho výstupní tlak z expanzní turbíny 17 se pohybuje v rozmezí od 0,3 MPa do 0,5 MPa. Plynný dusík je pak veden ve zkapalňovacím výměníku 31 do obráceného toku s tokem zemního plynu.
Zatímco se teplota plynného dusíku zvyšuje ve zkapalňovacím výměníku 31 z hodnoty -150 až -140 °C na hodnotu -15 až -30 °C, teplota zemního plynu klesá z hodnoty -15 až -30 °C na hodnotu -145 až -155 °C, což způsobuje jeho zkapalnění.
Plynný dusík, poté, co ve zkapalňovacím výměníku 31 předá chladovou energii toku zemního plynu, opouští zkapalňovač 11 při teplotě -15 až -30 °C a tlaku 0,3 až 0,5 MPa, a je odeslán na sání recyklačního kompresoru 18, který plynný dusík stlačí na tlak 0,5 až 1 MPa, při teplotě +40 až +60 °C.
Plynný dusík dále vstupuje do tepelného výměníku 7, ve kterém jeho teplota klesá z hodnoty 40 až 60 °C na -15 až -5 °C. Tím je zajištěna nižší vstupní teplota dusíku do sekundárního kompresoru 19, 25, kterým je dále stlačen na tlak 1 až 2,2 MPa, při teplotě +60 až +70 °C.
Plynný dusík dále vstupuje do tepelného výměníku 8, ve kterém jeho teplota klesá z hodnoty 60 až 70 °C na -15 až -5 °C. Tím je zajištěna nižší vstupní teplota dusíku do posilovacího kompresoru 20. 25. kterým je dále stlačen na tlak 1,5 až 4 MPa, při teplotě +40 až +50 °C.
Plynný dusík dále vstupuje do tepelného výměníku 9, ve kterém jeho teplota klesá z hodnoty 40 až 50 °C na -20 až -10 °C. Tím je zajištěna nižší vstupní teplota dusíku do zkapalňovače 11.
Plynný dusík dále vstupuje do zkapalňovače 11, přesněji do jeho výměníku 30, kde dochází díky předání chladové energie od přiváděného kapalného dusíku a dále k snížení teploty plynné dusíku obíhajícího okruhem 12 chladicího média z hodnoty -20 až -10 °C na -70 až -60 °C.
Následně je oběh plynného dusíku okruhem 12 chladicího média uzavřen jeho opětovným vstupem do expanzní turbíny 17 chladicího média.
-6CZ 2019 - 618 A3
Zkapalňovací blok j. dále obsahuje přívod 33 kapalného chladicího média, kterým je kapalný dusík, který vstupuje o průtoku cca 200Nm3/h a o teplotě -170 až -175 °C do výměníku 30 zkapalňovače 11, ve kterém se kapalný dusík odpařuje, a z kterého následně vstupuje plynný dusík o průměrné teplotě -20 °C do doplňovacího vedení 21. které ho vede přes recyklační kompresor 18, 25 a sekundární kompresor 19, 25, do okruhu 12 chladicího média, pro kompenzaci úniků dusíku těsněními expanzní turbíny 17 chladicího média, recyklačního kompresoru 18, sekundárního kompresoru 19. a posilovacího kompresoru 20.
Co se týká přivádění toku chladného zemního plynu z bloku 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu do tepelných výměníků 6, 7, 8, 9, tak ten je k nim přiváděn o teplotě -40 až -25 °C a při tlaku 0,6 až 2,6 MPa.
Teplota zemního plynu vtoku z bloku 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu vzrůstá v tepelném výměníku 6 z hodnoty -40 až -25 °C na 0 až 10 °C, zatímco teplota toku plynu vstupujícího do zkapalňovače 11 klesá z hodnoty 4 až 20 °C na hodnotu -30 až -15 °C.
Teplota zemního plynu vtoku z bloku 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu vzrůstá v tepelném výměníku 7 z hodnoty -40 až -25 °C na 30 až 50 °C, zatímco teplota dusíku klesá z hodnoty +40 až +60 °C na -15 až -5 °C.
Teplota zemního plynu vtoku z bloku 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu vzrůstá v tepelném výměníku 8 z hodnoty -40 až -25 °C na +40 až +55 °C, zatímco teplota dusíku klesá z hodnoty +60 až +70 °C na -15 až -5 °C.
Teplota zemního plynu vtoku z bloku 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu vzrůstá v tepelném výměníku 9 z hodnoty -40 až -25 °C na 25 až 40 °C, zatímco teplota dusíku klesá z hodnoty 40 až 50 °C na -20 až -10 °C.
Příklad 2
Zařízení pro zpracování zemního plynu (obr. 2) obsahuje zkapalňovací blok j_, který obsahuje vysokotlaký přívod 10 zemního plynu, zkapalňovač 11, okruh 12 chladicího média, kterým je dusík, a výstup 13 zkapalněného plynu. Zkapalňovací blok J. je spojen s blokem 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu k získání chladové energie z tlakově redukovaného zemního plynu.
Blok 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu obsahuje expanzní turbínu 4, která je svým prvním výstupem 5 tlakově redukovaného plynu spojena se čtyřmi tepelnými výměníky 6, 7, 8, 9, které jsou součástí zkapalňovacího bloku 1. Expanzní turbína 4 je dále svým druhým výstupem 34 spojena s redukčním ventilem 35, který je dále spojen nízkotlakým výstupem 24 zemního plynu.
Blok 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu dále obsahuje zařízení 15 pro odstraňování vody ze zemního plynu, které je uspořádáno před expanzní turbínou 4 na vysokotlakém přívodu 14 zemního plynu.
Zkapalňovací blok 1 dále obsahuje čisticí zařízení 16 zemního plynu, které je uspořádáno na vysokotlakém přívodu 10 zemního plynu před jeho vstupem do zkapalňovače 11.
Mezi čisticím zařízením 16 zemního plynu a zkapalňovačem jT je na vysokotlakém přívodu JO zemního plynu do zkapalňovače 11 uspořádán tepelný výměník 6.
Na okruhu 12 chladicího média jsou uspořádány tři tepelné výměníky 7, 8, 9.
-7CZ 2019 - 618 A3
Okruh 12 chladicího média dále obsahuje expanzní turbínu 17 chladicího média a tři zařízení 25 pro kompresi chladicího média, kterými jsou recyklační kompresor 18. sekundární kompresor 19. a posilovači kompresor 20.
Na okruhu 12 chladicího média je, ve směru pohybu chladicího média, uspořádán zkapalňovač 11. který je spojen s recyklačním kompresorem 18, 25, který je spojen s tepelným výměníkem 7, který je spojen se sekundárním kompresorem 19, 25, který je spojen s dalším tepelným výměníkem 8, který je spojen s posilovacím kompresorem 20, 25. který je spojen s dalším tepelným výměníkem 9, který je spojen se zkapalňovačem 11.
Zkapalňovač 11 obsahuje výměník 30. uspořádaný současně na okruhu 12 chladicího média ve směru pohybu chladicího média, který je spojen s expanzní turbínou 17 chladicího média uspořádanou mimo zkapalňovač 11, která je spojena se zkapalňovacím výměníkem 31 uspořádaným ve zkapalňovači 11.
Expanzní turbína 17 chladicího média je hřídelí 23 spojena s posilovacím kompresorem 20. Podle neznázoměné varianty může být expanzní turbína 17 chladicího média spojena s elektrickým generátorem, který je elektrickým vedením spojen s pohonem posilovacího kompresem 20.
Expanzní turbína 4, uspořádaná v bloku 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu, je hřídelí 22 spojena se sekundárním kompresorem 19, uspořádaným v zkapalňovacím bloku Podle neznázoměné varianty může být tato expanzní turbína 4 s elektrickým generátorem, který je elektrickým vedením spojen s pohonem sekundárního kompresem 19.
Zkapalňovací blok j. dále obsahuje doplňovací vedení 21 chladicího média, které je napojeno na okruh 12 chladicího média k doplnění ztrát chladicího média, přičemž doplňovací vedení 21 chladicího média nejprve prochází přes výměník 30 zkapalňovače 11. Doplňovací vedení 21 chladicího média je na okruh 12 chladicího média napojeno v dvou zařízeních 25 pro expanzi chladicího média, kterými jsou sekundární kompresor 19 a recyklační kompresor 18.
Zařízení pro zpracování zemního plynu dále obsahuje jeden další nezávislý blok 3 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu.
Zařízení pro zpracování zemního plynu pracuje stejně jako zařízení podle příkladu 1, přičemž navíc pracuje v nezávislém bloku 3 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu tak, že zatímco je stabilní tok plynu veden vysokotlakými přívody 10. 14 do zkapalňovacího bloku 1 a do bloku 2 pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu, je zbývající objemový tok plynu přesahující navržený průtok zkapalňovacím blokem 1 veden vysokotlakým přívodem 29 zemního plynu přes předehřívák 27 do expanzní turbíny 26, která je připojena ke generátoru 28. Pokud je překročení průtoku plynu co do objemu relativně malé, použije se k provedení redukce tlaku plynu místo expanzní turbíny 26 škrticí ventil 32. Škrticí ventil 32 rovněž slouží jako záložní řešení pro obtok plynu kolem expanzní turbíny 26 v případě nouze, oprav expanzního systému nebo v jiných situacích, kdy jeho provoz nebude možný.
Předehřívák 27 je instalován proto, aby se zabránilo nežádoucímu zamrzání vody a kondenzaci těžkých uhlovodíků v expandovaném zemním plynu.
Průmyslová využitelnost
Zařízení pro zpracování zemního plynu podle vynálezu lze zejména využít k výrobě zkapalněného zemního plynu a k výrobě zemního plynu s redukovaným tlakem.

Claims (17)

  1. PATENTOVÉ NÁROKY
    1. Zařízení pro zpracování zemního plynu, zejména zařízení pro zpracování zemního plynu obsahující nejméně jeden zkapalňovací blok (1), který obsahuje přívod (10) zemního plynu, zkapalňovač (11), okruh (12) chladicího média a výstup (13) zkapalněného plynu, vyznačující se tím, že zkapalňovací blok (1) je spojen s nejméně jedním blokem (2) pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu k získání chladové energie z tlakově redukovaného zemního plynu.
  2. 2. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle nároku 1, vyznačující se tím, že blok (2) pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu obsahuje nejméně jednu expanzní turbínu (4), která je svým nejméně jedním prvním výstupem (5) tlakově redukovaného plynu spojena s nejméně jedním tepelným výměníkem (6, 7, 8, 9), který je součástí zkapalňovacího bloku (1).
  3. 3. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že zkapalňovací blok (1) dále obsahuje čisticí zařízení (16) zemního plynu, které je uspořádáno na přívodu (10) zemního plynu před jeho vstupem do zkapalňovače (11).
  4. 4. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle některého z nároků 2 a 3, vyznačující se tím, že nejméně jeden tepelný výměník (6) je umístěn na přívodu (10) zemního plynu do zkapalňovače (11).
  5. 5. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle některého z nároků 2 až 4, vyznačující se tím, že tepelný výměník (6) je uspořádán mezi čisticím zařízením (16) zemního plynu a zkapalňovačem (11).
  6. 6. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle některého z nároků 2 až 5, vyznačující se tím, že nejméně jeden tepelný výměník (7, 8, 9) je umístěn na okruhu (12) chladicího média.
  7. 7. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že blok (2) pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu dále obsahuje zařízení (15) pro odstraňování vody ze zemního plynu, které je uspořádáno před expanzní turbínou (4) na přívodu (14) zemního plynu.
  8. 8. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že okruh (12) chladicího média dále obsahuje expanzní turbínu (17) chladicího média a nejméně jedno zařízení (25) pro kompresi chladicího média, kterým je recyklační kompresor (18), a/nebo sekundární kompresor (19), a/nebo posilovači kompresor (20).
  9. 9. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že na okruhu (12) chladicího média je, ve směru pohybu chladicího média, uspořádán zkapalňovač (11), který je spojen s recyklačním kompresorem (18, 25), který je spojen s tepelným výměníkem (7), který je spojen se sekundárním kompresorem (19, 25), který je spojen s dalším tepelným výměníkem (8), který je spojen s posilovacím kompresorem (20, 25), který je spojen s dalším tepelným výměníkem (9), který je spojen se zkapalňovačem (11).
  10. 10. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle nároku 9, vyznačující se tím, že zkapalňovač (11) obsahuje nejméně jeden výměník (30), uspořádaný současně na okruhu (12) chladicího média ve směru pohybu chladicího média, který je spojen s expanzní turbínou (17) chladicího média uspořádanou mimo zkapalňovač (11), která je spojena se zkapalňovacím výměníkem (31) uspořádaným ve zkapalňovači (11).
  11. 11. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle nároku 10, vyznačující se tím, že expanzní turbína (17) chladicího média je hřídelí (23) spojena s posilovacím kompresorem (20).
    -9CZ 2019 - 618 A3
  12. 12. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že zkapalňovací blok (1) dále obsahuje doplňovací vedení (21) chladicího média, které napojeno na okruh (12) chladicího média k doplnění ztrát chladicího média.
  13. 13. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle nároku 12, vyznačující se tím, že doplňovací vedení (21) chladicího média je na okruh (12) chladicího média napojeno v nejméně jednom zařízení (25) pro expanzi chladicího média.
  14. 14. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle některého z nároků 12 a 13, vyznačující se tím, že doplňovací vedení (21) chladicího média nejprve prochází přes výměník (30) zkapalňovače (11).
  15. 15. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle některého z nároků 2 až 14, vyznačující se tím, že expanzní turbína (4), uspořádaná v bloku (2) pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu, je hřídelí (22) spojena se sekundárním kompresorem (19), uspořádaným v zkapalňovacím bloku (1).
  16. 16. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že dále obsahuje nejméně jeden další nezávislý blok (3) pro redukci tlaku protékajícího zemního plynu.
  17. 17. Zařízení pro zpracování zemního plynu podle některého z předchozích nároků, vyznačující se tím, že chladicím médiem je dusík.
CZ2019-618A 2019-10-04 2019-10-04 Zařízení pro zpracování zemního plynu CZ2019618A3 (cs)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-618A CZ2019618A3 (cs) 2019-10-04 2019-10-04 Zařízení pro zpracování zemního plynu
EP20797363.7A EP4038331A1 (en) 2019-10-04 2020-10-02 Natural gas processing plant
PCT/CZ2020/000045 WO2021063429A1 (en) 2019-10-04 2020-10-02 Natural gas processing plant

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2019-618A CZ2019618A3 (cs) 2019-10-04 2019-10-04 Zařízení pro zpracování zemního plynu

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CZ308591B6 CZ308591B6 (cs) 2020-12-16
CZ2019618A3 true CZ2019618A3 (cs) 2020-12-16

Family

ID=73020017

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2019-618A CZ2019618A3 (cs) 2019-10-04 2019-10-04 Zařízení pro zpracování zemního plynu

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP4038331A1 (cs)
CZ (1) CZ2019618A3 (cs)
WO (1) WO2021063429A1 (cs)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3145032A1 (fr) 2023-01-16 2024-07-19 L'air Liquide, Societe Anonyme Pour L'etude Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Installation et procédé de liquéfaction d'un flux de fluide

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6119479A (en) * 1998-12-09 2000-09-19 Air Products And Chemicals, Inc. Dual mixed refrigerant cycle for gas liquefaction
NO328852B1 (no) * 2008-09-24 2010-05-31 Moss Maritime As Fremgangsmate og system for behandling av gass
US20140157824A1 (en) * 2012-12-06 2014-06-12 L'air Liquide Societe Anonyme Pour I'etude Et I'exploitation Des Procedes Georges Claude Method for improved thermal performing refrigeration cycle
FR3002311B1 (fr) * 2013-02-20 2016-08-26 Cryostar Sas Dispositif de liquefaction de gaz, notamment de gaz naturel
GB2522421B (en) * 2014-01-22 2016-10-19 Dwight Maunder Anthony LNG production process
CN204063780U (zh) * 2014-06-24 2014-12-31 中国石油大学(北京) 一种结合氮膨胀制冷的管道气差压制冷液化装置
US20160061518A1 (en) * 2014-08-29 2016-03-03 Black & Veatch Holding Company Dual mixed refrigerant system
FR3053771B1 (fr) * 2016-07-06 2019-07-19 Saipem S.P.A. Procede de liquefaction de gaz naturel et de recuperation d'eventuels liquides du gaz naturel comprenant deux cycles refrigerant semi-ouverts au gaz naturel et un cycle refrigerant ferme au gaz refrigerant
US10605522B2 (en) * 2016-09-01 2020-03-31 Fluor Technologies Corporation Methods and configurations for LNG liquefaction
RU2656068C1 (ru) * 2017-07-06 2018-06-01 Юрий Васильевич Белоусов Способ сжижения природного газа на газораспределительной станции и установка для его осуществления

Also Published As

Publication number Publication date
WO2021063429A1 (en) 2021-04-08
CZ308591B6 (cs) 2020-12-16
EP4038331A1 (en) 2022-08-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US5473900A (en) Method and apparatus for liquefaction of natural gas
CA2469046C (en) Self-refrigerated lng process
JP3868998B2 (ja) 液化プロセス
CN1206505C (zh) 借助于膨胀冷却液化天然气的方法
US9003828B2 (en) Method and system for production of liquid natural gas
US20110067439A1 (en) Method and system for production of liquid natural gas
CN110418929B (zh) 用于天然气液化的设备和方法
WO1998032815A2 (en) Use of a turboexpander cycle in liquefied natural gas process
AU2002361762A1 (en) Self-refrigerated LNG process
KR100365367B1 (ko) 천연가스의액화의개량된냉각공정및설비
RU2730090C2 (ru) Способ и система сжижения сырьевого потока природного газа
CN104520660A (zh) 用于天然气液化的系统和方法
WO2017121042A1 (zh) 一种膨胀制冷富甲烷气液化的方法及装置
MX2010011500A (es) Proceso de expansion dual de nitrogeno.
KR102034477B1 (ko) 천연가스 액화장치 및 액화방법, 그리고 천연가스 액화장치를 포함하는 천연가스 충전소
CN212720484U (zh) 一种天然气液化系统
CN105823304A (zh) 一种双级膨胀制冷富甲烷气液化的方法及装置
CN102748918A (zh) 双级混合冷剂循环天然气液化系统
US20100154469A1 (en) Process and system for liquefaction of hydrocarbon-rich gas stream utilizing three refrigeration cycles
CN107543368B (zh) 一种残余bog气体再回收系统
CZ2019618A3 (cs) Zařízení pro zpracování zemního plynu
WO2017160007A1 (ko) 선박용 액화천연가스의 증발가스 부분재액화장치
KR102034476B1 (ko) 질소를 함유하는 천연가스 액화장치 및 액화방법, 그리고 천연가스 액화장치를 포함하는 천연가스 충전소
CN202692600U (zh) 一种双级混合冷剂循环天然气液化系统
CN102679688B (zh) 一种从合成氨尾气中回收氨的工艺