EA010641B1

EA010641B1 - Способ обработки спг и получения энергии и установка для его осуществления

Info

Publication number: EA010641B1
Application number: EA200700700A
Authority: EA
Inventors: Джон Мак
Original assignee: Флуор Текнолоджиз Корпорейшн
Priority date: 2004-09-22
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2008-10-30
Also published as: JP4901740B2; NO20071425L; EA200700700A1; CA2578471C; WO2006036441A1; US8065890B2; EP1792129A1; AU2005290036A1; JP2008513726A; CN101027526A; CN101027526B; AU2005290036B2; MX2007003102A; US20080190135A1; CA2578471A1

Abstract

Установка СПГ выполнена с возможностью получения обогащенного СПГ и производства СНГ, обедненного СПГ и энергии, с использованием по меньшей мере одной фракционнной колонны, в которой фракционную часть установки можно термически соединить с энергетическим циклом, в котором использовано остаточное охлаждение обработанного обедненного СПГ. Является более предпочтительным, чтобы жидкую часть обогащенного СПГ накачивали до давления и нагревали, а нагнетаемую и перегретую часть перед ее подачей в колонну расширяли для получения электроэнергии. Пар, отводимый с верха колонны, частично конденсируют, обеспечивая колонну флегмой для повышения выхода СПГ, а затем конденсируют остаточный пар с использованием охлаждающего состава обогащенного СПГ, образуя обедненный продукт СПГ, который затем накачивают до давления в трубопроводе и впоследствии испаряют с использованием нагретой текучей среды энергетического цикла.

Description

Данная заявка испрашивает приоритет на основе предварительно поданной заявки на патент США, находящейся одновременно на рассмотрении, имеющей серийный номер 60/612473, поданной 22 сентября 2004 г., и которая включена в данный документ в качестве ссылки.

Область техники, к которой относится изобретение

Область изобретения представляет собой переработку газа, особенно это относится к производству СНГ (сжиженного нефтяного газа) и когенерации энергии при регазификации СПГ (сжиженного природного газа).

Предпосылки создания изобретения

Недавние успехи в сжижении СПГ сделали СПГ привлекательным источником энергии, и различные коммерческие потребители начали исследовать использование СПГ для применения в продукции, отличной от сжиженного природного газа. Однако для известных в настоящее время процессов регазификации СПГ часто требуется значительное поглощение топливного газа для нагрева. В качестве альтернативы и где возможно для регазификации СПГ можно использовать теплоту нагрева морской воды, при использовании нагревателей морской воды с открытой статиной. К сожалению, СПГ для нагревателей морской воды имеет негативное воздействие на окружающую среду океана из-за выпуска холодной морской воды и из-за того, что у систем с морской водой наблюдается тенденция к удорожанию. Дополнительные проблемы возникают в том случае, если теплотворная способность СПГ изменяется в зависимости от загрузки, или если конкретный состав СПГ не подходит для конкретного рынка. Поэтому СПГ часто обрабатывают таким образом, чтобы это соответствовало теплотворной способности, показателю Уобба и составу, требуемому местным природоохранным законодательством и спецификациями топочного оборудования, что, таким образом, повышает стоимость производства.

В последнее время были предложены различные конфигурации, которые придают СПГ переменный состав, как описано в международной заявке заявителя, находящейся одновременно на рассмотрении, имеющей серийный номер РСТ/ϋδ 03/25372, которая включена в данный документ в качестве ссылки. Кроме того, часть энергии, потребляемой при сжижении, восстанавливается в приемном терминале при использовании СПГ для теплоотвода при генерировании энергии и/или в качестве топлива для силового блока. Эта и другие конфигурации описаны в международных заявках заявителя, находящихся одновременно на рассмотрении, имеющих серийный номер РСТ/И8 03/26805 и РСТ/И8 05/24973, все из которых включены в данный документ в качестве ссылки.

Несмотря на то, что все или почти все такие усовершенствованные конфигурации и способы обеспечивают, по меньшей мере, некоторые преимущества по сравнению с ранее известными конфигурациями, тем не менее, остаются некоторые недостатки. Между прочим, большинство из известных силовых блоков могут производить этан, и/или фракцию С3+, или в них используют охлаждающий состав СПГ. Однако в известных в настоящее время конфигурациях, обусловленных введением СПГ, обычно требуется отгонка легких фракций и рекомпрессия, которые являются неэффективными и дорогими. Кроме того, эти процессы не отвечают требованиям обработки насыщенного СПГ при производстве этана и продуктов СНГ для продажи и когенерации энергии. Поэтому еще существует необходимость в обеспечении улучшенных конфигураций установок и способов, в которых при производстве этана, СНГ и энергии обрабатывают насыщенный СПГ.

Сущность изобретения

Настоящее изобретение направлено на создание конфигураций и способов для обрабатывающих установок для СПГ, которые производят обедненный СПГ, этан, СНГ и энергию.

Согласно одной особенности объекта изобретения фракционная установка фракционирования СПГ необязательно должна быть соединена с зоной энергетического цикла и может включать в себя теплообменник и сепаратор, которые соединены с фракционной колонной и сформированы таким образом, чтобы частично конденсировать пар, отводимый с верха колонны, отделяя от него отработанную жидкость (обогащенную метаном), которую возвращают в виде флегмы в колонну, и обедненный пар (преимущественно метан), который конденсируется, образуя конденсированный продукт - обедненный СПГ, имеющий температуру, достаточную для обеспечения его охлаждения до текучей среды при энергетическом цикле. Дополнительно, генератор энергии запускают с помощью экспандера, который сформирован таким образом, что он расширяет нагнетаемую и нагреваемую жидкую часть обогащенного СПГ, производя, таким образом, энергетический и сырьевой поток, направленный к колонне. Является наиболее предпочтительным, чтобы насос был скомпонован таким образом, чтобы накачивать обедненный конденсат СПГ до достижения заданного давления в трубопроводе, а текучая среда в зоне энергетического цикла включала бы в себя многокомпонентный флюид (например, смесь азота, метана, этана, пропана, бутана и пентана). Кроме того, в систему можно включить насос, который накачивает испаренную жидкую часть обогащенного СПГ, образуя, таким образом, нагнетаемую жидкую часть обогащенного СПГ, и источник тепла, который нагревает нагнетаемую жидкую часть обогащенного СПГ, образуя, таким образом, сверхкритическое давление в перегретой части обогащенного СПГ. В предпочтительных вариантах установки, источник тепла успешно создан таким образом, чтобы отвечать по меньшей мере части требований по отгонке легких фракций и по нагреву для подачи в колонну через выход экспандера для нагретой части обогащенного СПГ.

- 1 010641

Согласно другой особенности объекта изобретения установка включает в себя источник энергии, запускаемый с помощью экспандера, который принимает в себя нагретую нагнетаемую (при сверхкритическом давлении) часть обогащенного СПГ и создает расширенный сырьевой поток, генерируя таким образом электроэнергию. Фракционный аппарат скомпонован таким образом, что он принимает в себя расширенный продукт и паровую часть обогащенного СПГ, производя таким образом кубовой продукт, содержащий этан и/или СНГ, а также пар, отводимый с верха колонны, который подают к первому теплообменнику, скомпонованному таким образом, что он конденсирует, по меньшей мере частично, по меньшей мере часть пара, отводимого с верха колонны, и генерирует отток жидкости к колонне и конденсацию обедненного пара, образующего обедненный конденсат СПГ. Как правило, такие установки в дальнейшем могут включать в себя насос, расположенный выше по потоку второго теплообменника, причем насос скомпонован таким образом, что он принимает в себя и сжимает обедненный конденсат СПГ до заданного давления в трубопроводе.

Является более предпочтительным, чтобы первый теплообменник в таких рассматриваемых установках был скомпонован таким образом, чтобы можно было использовать обогащенный СПГ в качестве холодильного агента для конденсирования по меньшей мере части пара, отводимого с верха колонны, и/или второй теплообменник был скомпонован таким образом, чтобы нагретую смешанную текучую среду из зоны энергетического цикла можно было использовать для повторного испарения нагнетаемого обедненного конденсата СПГ. Третий теплообменник, который можно включить в систему, нагревает нагнетаемую жидкую часть обогащенного СПГ, создавая, таким образом, нагретый нагнетаемый (при сверхкритическом давлении) флюид обогащенного СПГ. В таких установках является особо предпочтительным, чтобы третий теплообменник был скомпонован таким образом, чтобы отвечать по меньшей мере части или, по существу, всем требованиям по нагреву для осуществления фракционирования через выход экспандера для нагретой нагнетаемой жидкой части обогащенного СПГ.

Следовательно, согласно еще одной особенности объекта изобретения способ управления установкой включает в себя этап, при котором обогащенный СПГ нагревают, отделяют и отделенную жидкую часть сжимают и нагревают, и при котором нагнетаемую и нагретую часть расширяют, генерируя, таким образом, энергию, и затем в виде парообразных легких фракций подают в колонну, тогда как паровую часть обогащенного СПГ, находящуюся в сепараторе, далее подают в колонну для получения, таким образом, этана и/или СПГ, а также полученный при перегонке головной продукт колонны. Пар, отводимый с верха колонны, по меньшей мере частично, затем конденсируют с использованием охлаждающего состава обогащенного СПГ, а конденсат возвращают в виде флегмы назад в колонну, тогда как паровую часть конденсируют в виде обедненного конденсата СПГ, который накачивают до достижения заданного давления в трубопроводе. На еще одном этапе обедненный конденсат СПГ испаряют в теплообменнике, используя текучую среду, взятую из энергетического цикла.

Является предпочтительным, чтобы рассматриваемые способы дополнительно включали в себя этап разделения обогащенного СПГ на паровую часть и жидкую часть, образуя, таким образом, жидкую часть обогащенного СПГ, и этап конденсирования, по меньшей мере, частичного пара, отводимого с верха колонны, состоящий из этапов (1) охлаждения пара, отводимого с верха колонны, (2) отделения паровой части охлажденного продукта от жидкой части и (3) выделения жидкой части охлажденного продукта для ее накачивания в виде флегмы в колонну, для повышения восстановления этана и/или СПГ, и (4) дальнейшего охлаждения охлажденной паровой части для образования, таким образом, обедненного конденсата СПГ (обычно на этапах (1), (2) и (4) используют охлаждающий состав обогащенного СПГ). Кроме того, является предпочтительным, чтобы дополнительный этап нагрева нагнетаемой жидкой части обогащенного СПГ отвечал по меньшей мере части требований по отгонке легких фракций и по нагреву для подачи в колонну.

Различные цели, свойства, особенности и преимущества настоящего изобретения станут более ясными из следующего подробного описания предпочтительных вариантов воплощения настоящего изобретения.

Краткое описание чертежей

Фиг. 1 представляет собой схематический чертеж одной образцовой установки согласно объекту изобретения для установки, на которой восстанавливают этан и/или СПГ и получают энергию за счет введения СПГ;

фиг. 2 представляет собой схематический чертеж составных кривых нагрева СПГ, а также процессов фракционирования и производства энергии согласно объекту изобретения;

фиг. 3 представляет собой сравнение составных кривых нагрева многокомпонентного энергетического цикла до стандартных циклов чистых компонентов при когенерации энергии.

Подробное описание

Изобретатель обнаружил, что установку можно скомпоновать для обработки трудно поддающегося обработке обогащенного СПГ при производстве этана и/или СНГ, обедненного СПГ, а также энергии. В предпочтительных конфигурациях энергию генерируют по меньшей мере в двух местоположениях, где первое местоположение представляет собой энергетический цикл (например, цикл Ренкина), в котором используют холод охлажденного обедненного конденсата СПГ, а второе местоположение находится во

- 2 010641 фракционной части установки (обычно за счет расширения нагреваемой и нагнетаемой (при сверхкритическом давлении) части обогащенного СПГ).

В одной образцовой конфигурации рассматриваемых установок, как описано на фиг. 1, СПГ с составом, показанным в табл. 1, подают на установку в виде потока 1 при скорости примерно 1200 ММкей (миллионов нормальных кубических футов в сутки). Поток 1 нагнетают насосом Р-1 для СПГ до примерно 500 рад (фунтов на квадратный дюйм), образуя поток 2, и подают в установку фракционирования для СПГ. Охлаждающий состав обогащенного СПГ используют в теплообменнике Е-4, который исполняет двойную функцию. Во-первых, в теплообменнике Е-4 используют охлаждающий состав потока 2 обогащенного СПГ для конденсации потока 9 пара, отводимого с верха колонны, получая таким образом охлажденный поток 13 флегмы, направленный в колонну У-3. Охлажденный поток 13 флегмы создают из конденсированного потока 10, собираемого с верха колонны, который разделяют в сепараторе У-1 флегмы на поток 11 и поток 12. Во-вторых, теплообменник Е-4 конденсирует поток 11 пара, формируя, таким образом, поток 14 (включающий в себя, по меньшей мере, конденсированный отработанный пар из сепаратора) и позволяя накачивать жидкость насосом Р-5, образуя таким образом поток 16 нагнетаемого обедненного конденсата СПГ, как правило, при давлении в трубопроводе, равном примерно 1400 рад. Следует особо учесть, что такие конфигурации являются значительно более энергосберегающими при повышении давления природного газа до давления в трубопроводе за счет накачивания, для которого обычно требуется трубопроводный компрессор со значительно более высокими энергетическими потребностями.

После теплообмена в Е-4 поток 3 нагретого обогащенного СПГ имеет температуру примерно -90°Е, и он частично испаряется. Двухфазный поток 3 разделяют в сосуде У-2, поток 4 выделяющегося пара подают на верхние фракционные тарелки колонны У-3, тогда как поток 5 испаряющейся жидкости используют для выработки энергии и отгонки легких фракций. Поток 5 испаряющейся жидкости при скорости, равной примерно 2,200 галлонов в минуту, накачивают насосом Р-4 примерно до 1500-2000 рад с образованием потока 6, нагреваемого в теплообменнике Е-5 примерно до 600°Е с образованием потока 7. Генерированный таким образом пар, обладающий высокой температурой и высоким давлением, расширяется в экспандере ЕР-2 примерно до 460 рад, генерируя энергию мощностью примерно 8-12 МВт. Выпущенный из экспандера поток 8 пара, обычно при температуре 300°Е, используют в качестве пара для отгонки легких фракций в колонне. Следует особо отметить, что для пара для отгонки легких фракций существуют максимальные требования к фракционной колонне по нагреву и отгонке легких фракций (обычно по меньшей мере 70%, более типично по меньшей мере 85% и наиболее типично по меньшей мере 90% колонны). Однако, по желанию, фракционную колонну можно подогревать с помощью нижнего Е-6 ребойлера. Кубовой продукт 15 содержит этан и/или СНГ, который в дальнейшем можно обрабатывать или продавать в виде готового товара.

Фракционная колонна функционирует предпочтительно примерно при 450 рщд с температурой на верху колонны примерно -65°Е. Поток 9 пара, отбираемого с верха колонны, охлаждают примерно до -105°Е в теплообменнике Е-4 и частично конденсируют с образованием потока 10. Поток 12 конденсированной жидкости отделяют в сепараторе У-1 для отбора флегмы и возвращают в колонну в виде потока 13 флегмы, используя насос Р-3 для орошения ректификационной колонны. Пар, вытекающий из сепаратора У-1 (поток 11), затем охлаждают и конденсируют в зоне охлаждения Е-4 с образованием потока 14 с образованием обедненного конденсата СПГ примерно при -140°Е. Обедненный конденсат СПГ затем накачивают насосом Р-5 примерно до 1400 рщд с образованием потока 16, или до давления, требуемого для транспортировки по трубопроводу. Кроме того, поток 16 обедненного СПГ примерно при -140°Е все еще содержит значительное количество охлаждающих компонентов, которые можно использовать. Обедненный СПГ в дальнейшем можно нагревать с помощью стандартного регазификационного оборудования, например испарителей топливных газов или испарителей морской воды с открытой стойкой, или же, необязательно, многокомпонентный энергетический цикл надо соединить с вышеописанной конфигурацией для дальнейшего генерирования энергии, с использованием остаточной энергии охлаждения, полученной от обедненного конденсата СПГ, как описано ниже. Следует отметить, что фракционирование СПГ и энергетический цикл можно отделить от поставки СПГ путем использования стандартных испарителей СПГ, что обеспечивает независимость функционирования оборудования по регазификации СПГ от установок по ректификации СПГ и энергоблоков.

Вообще, является предпочтительным, чтобы энергетический цикл представлял собой замкнутый цикл (например, цикл Ренкина) и чтобы текучая среда была бы чистым компонентом или предпочтительно многокомпонентной текучей средой. Кроме того, является предпочтительным, чтобы энергетический цикл был термически связан с ректификационной установкой для СПГ, установленной ниже насоса Р-5 относительно течения текучей среды. Как показано на фиг. 1, текучую среду (поток 30) нагнетают насосом Р-2 до достижения сверхкритического давления, как правило, 1500 рад, с образованием потока 31. Текучую среду высокого давления сначала нагревают горячим выпускным потоком 34 из экспандера в рекуперативном Е-2 теплообменнике. Нагретый таким образом поток 32 текучей среды высокого давления далее нагревают в нагревателе Е-3 до примерно 600°Е, с образованием потока 33 (например, с использованием отходящего тепла от газотурбогенератора или другого подходящего источника тепла). Вы

- 3 010641 сокотемпературный поток 33 текучей среды, подаваемой под сверхкритическим давлением, затем расширяют в экспандере ЕР-1 до достижения атмосферного давления, генерируя энергию. Поток 34 пара низкого давления затем охлаждают в теплообменнике Е-2, создавая поток 35, и конденсируют в конденсаторе Е-1, образуя поток 30. Поток 16 обедненного СПГ испаряют в конденсаторе Е-1 с использованием режима конденсации текучей среды, с образованием потока 17 для передачи по трубопроводу.

Следует понимать, что использование охлаждающего состава СПГ в процессе ректификации этана и/или СПГ требует значительно меньших капитальных и эксплуатационных затрат, чем стандартный процесс восстановления СПГ (например, обработка газа, дегидратация, турбоэкспандер, охлаждение и сжатие остаточного газа обычно не требуются). Более того, при наличии охлаждающего состава СПГ, используемого для охлаждения, при рассматриваемых конфигурациях и процессах можно достичь восстановления по меньшей мере 90%, более типично по меньшей мере 95% и наиболее типично по меньшей мере 99% пропана и по меньшей мере 60%, более типично по меньшей мере 75% и наиболее типично по меньшей мере 80% этана в обогащенном СПГ. Таким образом, в особо предпочтительных установках и способах обрабатываемый конденсат обедненного СПГ обеспечивает теплоотвод для энергетического цикла, когда часть испаряемой жидкости обогащенного СПГ нагнетают, нагревают, а затем расширяют, производя работу в открытом цикле, без рекомпрессии газа, существующей в стандартных процессах.

В дополнительных предпочтительных вариантах установки обработка СПГ может включать в себя отделение компонента С2 от компонента С3+ с использованием второй колонны. В таких конфигурациях предполагается, что в первой колонне компоненты С2+ удаляют из СПГ с использованием полученного из экспандера расширенного пара в качестве среды для отгона легких фракций, причем расход тепла на образование флегмы в конденсаторах наверху обеих ректификационных колонн обеспечивают за счет охлаждающего состава обогащенного СПГ. Как и в конфигурациях, описанных выше, следует понимать, что открытый цикл расширения СПГ удовлетворяет по меньшей мере части требований, касающихся энергии для установки для регазификации СПГ.

В таких установках является предпочтительным, чтобы по меньшей мере часть расширяемого газа подавалась во фракционную колонну в виде газа, предназначенного для отгона легких фракций, для получения обедненного газа (частично или полностью обедненного по этану) и кубового продукта колонны, при этом чтобы обедненный газ можно было повторно конденсировать с использованием по меньшей мере части охлаждающего состава обогащенного СПГ. Деметанизированный кубовой продукт затем можно подавать во вторую колонну, которая производит этановый продукт и СПГ-продукт. Согласно другим предпочтительным особенностям настоящей установки предусмотрено, что по меньшей мере часть теплоты, отводимой оросительными конденсаторами в обеих колоннах, обеспечена наличием охлаждающего состава части обогащенного и/или обедненного СПГ, существующего до нагрева сжиженного природного газа источником тепла, и/или что вторую часть обогащенного СПГ в первой колонне разделяют на обедненный газ, отводимый с верха колонны, и этан и/или кубовой продукт С3.

Что касается энергетического цикла, предусмотрено, что подходят все известные энергетические циклы. Однако, как правило, предпочитают, чтобы энергетический цикл представлял собой энергетический цикл Ренкина, в котором для расширения многокомпонентной текучей среды (например, 0-20% метана, 20-40% этана, 20-40% пропана, 10-30% бутана и 10-30% пентанов) использован экспандер. В особо предпочтительных составах текучих сред можно использовать криогенную температуру СПГ, возникающую в ходе регазификации остаточного обедненного СПГ, составляющую обычно от примерно -150 до примерно 50°Б. Следует учесть, что при варьировании температур конденсации многокомпонентной текучей среды можно успешно использовать варьирование температур регазификации СПГ с близким температурным приближением и минимальной потерей работы для обеспечения эффективного энергетического цикла. Является предпочтительным, чтобы подходящие циклы Ренкина включали в себя накачивание СПГ, предварительный нагрев с помощью экспандера и нагрев СПГ внешним источником тепла (например, топочным газом из газовой турбины, установкой утилизации отходящего тепла и/или огневым подогревателем). СПГ выходит из цикла Ренкина обычно при температуре примерно до 50°Б.

Например, согласно одной предпочтительной особенности рассматриваемых установок, многокомпонентное генерирование энергии основано на энергетическом цикле Ренкина, но в нем использована многокомпонентная текучая среда, в противоположность стандартным циклам текучих сред, в которых используют однокомпонентную текучую среду. Идеальный КПД цикла Ренкина (или КПД цикла Карно) можно определить как (Т2-Т1)/Т2, где Т2 - абсолютная температура источника тепла, а Т1 - абсолютная температура теплопоглотителя. Когда в качестве теплопоглотителя используют СПГ, разность температур (Т1-Т2) повышается, что приводит к повышенному КПД генерирования энергии. Таким образом, изобретатель в основном предпочитает текучую среду, которая термически стабильна при высокой температуре и которая конденсируется при низких температурах без замерзания (например, пропан/бутан или смесь углеводородов).

Следует признать, что значительных преимуществ в КПД можно достичь при использовании многокомпонентной текучей среды в качестве текучей среды в когенерации энергии при использовании СПГ. Например, КПД генерирования энергии при использовании бутана в качестве единственного ком

- 4 010641 понента относительно низок из-за его высокой температуры конденсации (бутан конденсируется при 30°Р при атмосферном давлении). Следовательно, очень низкую температуру СПГ нельзя эффективно использовать. Пропан является более эффективной текучей средой, поскольку он конденсируется при более низкой температуре (например, пропан конденсируется при -44°Р при атмосферном давлении). Другие низкокипящие текучие среды, такие как этан или этилен, обычно не пригодны для испарения СПГ, поскольку их температуры конденсации очень низки для нагрева СПГ без избыточного перегревания. Напротив, многокомпонентная текучая среда конденсируется при переменных температурах, и ее состав можно регулировать до ее соответствия форме кривой парообразования СПГ. При близком температурном приближении кривую конденсации можно сделать параллельной кривой парообразования СПГ, что, таким образом, максимизирует КПД генерирования энергии.

Для сопоставления термодинамических КПД различных текучих сред кривую парообразования СПГ изображают рядом с кривой конденсации, как для примера показано на фиг. 3. Бутан и пропан из-за их повышенных температур конденсации необходимо перегревать у входа конденсатора для избежания возникновения скачка температур в теплообменнике. Смешанная текучая среда находится в двухфазной области (в которой отсутствует какой-либо перегрев), и поэтому она является энергетически более эффективной (многокомпонентная текучая среда полностью конденсируется при -220°Р). Следует отметить, что существует оптимальный состав смешанной текучей среды, который соответствует каждому составу СПГ и давлению парообразования, и в табл. 1 показан один образцовый оптимальный состав смешанного флюида и соответствующий состав СПГ.

Таблица 1

Состав СПГ и состав смешанной текучей среды

Мол. %	СПГ	Многокомпонентная текучая среда
Сх	94,4	0,0
с₂	5,2	32,4
с,	0,0	35,4
С,	0,0	13,3
	0,0	18,8

Из-за обеднения СПГ (который обеднен по компонентам С₃ и С₄) и повышенной рабочей температуры состав многокомпонентной текучей среды необходимо отрегулировать до его соответствия кривой нагрева обедненного СПГ. Энергетический цикл смешанной текучей среды при наличии остаточного СПГ обычно генерирует примерно 53 МВт (для данного примера у входа экспандера поддерживают состояние давления, равного примерно 1450 ρδί§, и температуры 600°Р). Если СПГ имеет повышенное содержание компонентов СПГ (т.е. С₃ и С₄, как показано в табл. 2), является необходимым, чтобы оптимальный состав смешанной текучей среды был отрегулирован до его соответствия составу обогащенного СПГ. Другой образцовый состав оптимальной смешанной текучей среды для обогащенного состава СПГ показан в табл. 2.

Таблица 2

Мол. %	СПГ	Многокомпонентная текучая среда
Сх	90	18
с₂	5	24
С₃	3	33
с₄	2	24

Составные кривые нагрева комбинированного фракционирования СПГ и процесса генерирования энергии смешанной текучей среды изображены рядом с кривыми теплоты парообразования СПГ, как показано на фиг. 2 (следует отметить, что составная кривая СПГ состоит из парообразования СПГ при 500 ρδί§, повторной конденсации обедненного природного газа и парообразования обедненного СПГ при повышенном давлении в трубопроводе). Полный баланс для образцовой установки регазификации/производства СПГ в количестве 1200 ММксГб показан в табл. 3. Необязательно, можно также осуществлять процесс для восстановления более 75% этана, содержащегося в обогащенном СПГ. В данном случае, поток этана, отбираемого с верха колонны, можно в виде дополнительного продукта получать во второй колонне.

- 5 010641

Таблица 3

Полный баланс производства СНГ

Мол. %	Подача СПГ	СНГ	Трубопроводный газ
N2	0,0034	0,0000	0,0036
С1	0,8976	0,0028	0,9439
с_г	0,0501	0,0200	0,0517
с₃	0,0316	0,6251	0,0009
1С₄	0,0069	0,1404	0,0000
ыс₄	0,0103	0,2096	0,0000
ыс₅	0,0001	0,0020	0,0000
ВБи/ЗСР (ΗΗν)*	1137	2829	1051
ММзс£с1	1200	59	1141
бсз. ** Вагге1е рег бау		40742

*Британские тепловые единицы/стандартпые кубические футы газа (высшая теплотворная способность.

**Баррели в сутки.

Установка СПГ на 1200 ММксГб производит примерно 40700 баррелей СПГ в сутки и примерно 1137 ММксГб трубопроводного газа с теплотворной способностью 1050 В1и/8СР ННУ. В продукции СПГ отсутствуют загрязнители (Н₂8, меркаптаны и СО₂), и ее можно продавать по стоимости СПГ повышенного качества, тогда как обедненный природный газ в настоящее время соответствует техническим характеристикам трубопроводной передачи, относящимся к составу, теплотворной способности и индексу Уобба. Таким образом, следует понимать, что производство этана и/или СПГ может вносить существенный вклад в рентабельность комбинированного оборудования из-за высокой стоимости продукции.

Что касается дополнительно рассматриваемых особенностей изобретения, следует учитывать, что процессы генерирования энергии и регазификации СПГ могут быть термически объединены таким образом, чтобы отходящее тепло от газотурбинного выхлопа восстанавливалось в виде источника тепла для парообразования СПГ (например, охлаждающий состав СПГ можно использовать для гененирования энергии в замкнутом энергетическом цикле). В качестве альтернативы или дополнительно СПГ также можно использовать при охлаждении и/или в виде холодильного агента в процессах криогенного разделения. Таким образом, в этих конфигурациях ректификация этана и/или СНГ при введении СПГ может стать экономически целесообразной, особенно при использовании СПГ в процессе охлаждения. Кроме того, следует понимать, что компоненты этан и/или СНГ в СПГ обычно имеют предельно допустимые значения содержания, так же, как все или почти все нежелательные загрязняющие вещества (серосодержащие компоненты) и тяжелые углеводороды (ароматические и высшие углеводороды), которые предварительно удаляют в процессе сжижения газа. Следовательно, полученный таким образом СНГ должен отвечать всем экологическим требованиям.

В дальнейшем следует учесть, что рассматриваемые конфигурации и способы также можно использовать для восстановления этана. В таком случае для производства этана требуется вторая колонна для ректификации этана из продукта С2+ЫСЬ (первая колонна может функционировать как деметанизатор, извлекающий этан и более тяжелые компоненты при производстве газа, обедненного по этану). Таким образом, следует понимать, что при использовании конфигураций согласно объекту изобретения могут быть достигнуты многочисленные преимущества. Например, рассматриваемые конфигурации обеспечивают высокоэффективный энергетический цикл СПГ, который можно соединить с блоком управления теплотворностью, регулирующим ректификацию и повторную конденсацию. Согласно еще одной важной предпочтительной особенности следует учесть, что рассматриваемые конфигурации позволяют установкам по регазификации СПГ меньше зависеть от внешнего энергоснабжения, что делает устройства энергетически самодостаточными, более экономичными и адаптируемыми при обеспечении возможности обработки СПГ с переменными составами и теплосодержанием, удовлетворяющим требованиям трубопроводной транспортировки, и позволяет импортерам СПГ закупать любой СПГ на открытых рынках по продаже с немедленной оплатой и поставкой. Представляется, что продажа СПГ с немедленной оплатой и доставкой станет более распространенной в ближайшем будущем, при продолжении роста мировых запросов на СПГ. Более того, рассматриваемые конфигурации и способы применимы как для создания обычных широко распространенных установок, так и для переоснащения уже существующих.

Таким образом, были раскрыты конкретные варианты воплощения и применения этана и/или СПГ и когенерации энергии. Однако специалистам в данной области техники должно быть ясно, что возможно

- 6 010641 гораздо большее количество модификаций, помимо уже описанных, без отступления от приведенных в данном документе идей изобретения. Поэтому объект изобретения не должен быть ограничен, кроме как сущностью прилагаемой формулы изобретения. Кроме того, при интерпретации как описания, так и формулы изобретения все термины следует трактовать максимально широко, в соответствии с контекстом. В частности, термины «включает в себя» и «включающий в себя» следует трактовать как относящиеся к элементам, компонентам или этапам, неисключительным образом указывая на то, что упоминаемые элементы, компоненты или этапы могут иметь место, быть использованными или сочетаться с другими элементами, компонентами или этапами, которые явно не упомянуты. Кроме того, если определение или использование термина в упоминании, которое включено в виде ссылки, приведенной в данном документе, несовместимо или противоположно определению данного термина, обеспеченного в данном документе, применяется определение этого термина, приведенное в данном документе, а определение этого термина, приведенное в ссылке, не применяется.

Claims

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ

1. Установка для обработки СПГ и получения энергии, содержащая теплообменник, нагревательный контур которого соединен с фракционной колонной через сепаратор, выполненный с возможностью отделения жидкой фазы от СПГ, а охлаждающий контур соединен с верхней частью колонны и выполнен с возможностью частичной конденсации продукта, отбираемого с верха колонны, с получением потока флегмы и обедненного пара и последующей полной конденсации обедненного пара с образованием конденсата обедненного СПГ; и установленные на выходе сепаратора по ходу потока жидкой фазы насос и нагреватель, выполненные с возможностью получения сжатого сверхкритического и перегретого СПГ из жидкой фазы СПГ, и экспандер, связанный с генератором, при этом экспандер связан с фракционной колонной по потоку отгоняемого пара.
2. Установка по п.1, в которой по ходу потока конденсата обедненного СПГ установлен энергетический цикл Ренкина, выполненный с возможностью использования остаточного холода от конденсата обедненного СПГ для конденсации текучей среды в энергетическом цикле.
3. Установка по п.1, которая дополнительно включает в себя установленный по ходу потока конденсата обедненного СПГ насос, выполненный с возможностью накачивания конденсата обедненного СПГ до давления в трубопроводе.
4. Установка по п.1, в которой нагреватель выполнен с возможностью обеспечения по меньшей мере части требований для фракционной колонны по отгону и нагреву за счет расширенной, сверхкритической перегретой части обогащенного СПГ.
5. Установка для обработки СПГ и производства энергии, содержащая генератор, соединенный с экспандером, выполненным с возможностью приема нагретой сжатой жидкой части обогащенного СПГ и формирования расширенного продукта;

фракционную колонну, соединенную с экспандером и выполненную с возможностью приема расширенного продукта и паровой части нагретого обогащенного СПГ, с получением этана и/или СНГ и обедненного пара, отбираемого с верха;

первый теплообменник, связанный с фракционной колонной по потоку, отбираемому с верха, и выполненный с возможностью, по меньшей мере, частичной конденсации обедненного пара, отбираемого с верха, с образованием обедненного конденсата СПГ;

сепаратор флегмы, установленный по ходу потока частично конденсированного обедненного пара и выполненный с возможностью отделять от обедненного пара жидкую часть для использования в качестве флегмы во фракционной колоне и паровую часть для конденсации с образованием обедненного конденсата СПГ;

насос и второй теплообменник, при этом насос расположен выше по потоку второго теплообменника и выполнен с возможностью приема и сжатия обедненного конденсата СПГ до давления в трубопроводе.
6. Установка по п.5, в которой первый теплообменник выполнен с возможностью использования обогащенного СПГ в виде холодильного агента для частичной конденсации обедненного пара, отбираемого с верха, и полной конденсации паровой части сепаратора флегмы.
7. Установка по п.5, в которой второй теплообменник выполнен с возможностью использования рабочего цикла конденсации текучей среды в энергетическом цикле для осуществления, таким образом, регазификации сжатого конденсата обедненного СПГ.
8. Установка по п.5, которая включает в себя третий теплообменник, предназначенный для дополнительного нагрева сжатой сверхкритической части нагретого обогащенного СПГ с формированием нагретой сжатой сверхкритической части обогащенного СПГ.
9. Установка по п.8, в которой третий теплообменник выполнен с возможностью обеспечения по меньшей мере части требований по нагреву и отгонке для ректификационной колонны за счет нагретой сжатой жидкой части обогащенного СПГ.

- 7 010641
10. Способ обработки СПГ и получения энергии, в котором нагнетают и нагревают жидкую часть обогащенного СПГ, а затем расширяют для генерирования энергии и подают расширенную часть во фракционную колонну;

подают паровую часть обогащенного СПГ в фракционную колонну с получением этана и/или СНГ и обедненного пара, отбираемого с верха;

по меньшей мере, частично конденсируют пар, отбираемый с верха, с использованием охлаждающего состава обогащенного СПГ, с получением обедненного пара и обедненной жидкости;

накачивают обедненную жидкость в виде флегмы во фракционную колонну, а обедненный пар дополнительно конденсируют с образованием конденсата обедненного СПГ;

накачивают конденсат обедненного СПГ до достижения давления в трубопроводе и испаряют конденсат обедненного СПГ в теплообменнике с использованием рабочего цикла конденсации текучей среды, функционирующего в энергетическом цикле.
11. Способ по п.10, в котором разделяют нагретый обогащенный СПГ на паровую часть и жидкую часть, с образованием жидкой части обогащенного СПГ.
12. Способ по п.10, в котором дополнительную конденсацию обедненного пара осуществляют с использованием охлаждающего состава обогащенного СПГ.
13. Способ по п.10, в котором этап нагрева жидкой части обогащенного СПГ обеспечивает выполнение по меньшей мере части требований для аппарата для фракционирования по нагреву и отгонке за счет нагретой сжатой сверхкритической части обогащенного СПГ.
14. Способ по п.10, в котором текучая среда представляет собой многокомпонентную среду, включающую в себя, по меньшей мере, метан, этан, пропан, бутан и пентан.