EA029258B1 - Method and system for synthetic fuel production from a combustible material - Google Patents

Method and system for synthetic fuel production from a combustible material Download PDF

Info

Publication number
EA029258B1
EA029258B1 EA201690238A EA201690238A EA029258B1 EA 029258 B1 EA029258 B1 EA 029258B1 EA 201690238 A EA201690238 A EA 201690238A EA 201690238 A EA201690238 A EA 201690238A EA 029258 B1 EA029258 B1 EA 029258B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
gas
paste
water
combustible material
pressure
Prior art date
Application number
EA201690238A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
EA201690238A1 (en
Inventor
Александр Бродт
Original Assignee
С.Г.Б.Д. Текнолоджиз Лтд.
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
Priority claimed from IL227549A external-priority patent/IL227549A/en
Priority claimed from IL227707A external-priority patent/IL227707A0/en
Priority claimed from IL227708A external-priority patent/IL227708A0/en
Priority claimed from US13/956,537 external-priority patent/US9664019B2/en
Application filed by С.Г.Б.Д. Текнолоджиз Лтд. filed Critical С.Г.Б.Д. Текнолоджиз Лтд.
Publication of EA201690238A1 publication Critical patent/EA201690238A1/en
Publication of EA029258B1 publication Critical patent/EA029258B1/en

Links

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes 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
    • F25J1/0243Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0279Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0281Compression 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
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/06Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal by destructive hydrogenation
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C10PETROLEUM, GAS OR COKE INDUSTRIES; TECHNICAL GASES CONTAINING CARBON MONOXIDE; FUELS; LUBRICANTS; PEAT
    • C10GCRACKING HYDROCARBON OILS; PRODUCTION OF LIQUID HYDROCARBON MIXTURES, e.g. BY DESTRUCTIVE HYDROGENATION, OLIGOMERISATION, POLYMERISATION; RECOVERY OF HYDROCARBON OILS FROM OIL-SHALE, OIL-SAND, OR GASES; REFINING MIXTURES MAINLY CONSISTING OF HYDROCARBONS; REFORMING OF NAPHTHA; MINERAL WAXES
    • C10G1/00Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal
    • C10G1/08Production of liquid hydrocarbon mixtures from oil-shale, oil-sand, or non-melting solid carbonaceous or similar materials, e.g. wood, coal with moving catalysts
    • C10G1/086Characterised by the catalyst used
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04BPOSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
    • F04B9/00Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members
    • F04B9/08Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid
    • F04B9/10Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being liquid
    • F04B9/103Piston machines or pumps characterised by the driving or driven means to or from their working members the means being fluid the fluid being liquid having only one pumping chamber
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F04POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
    • F04FPUMPING OF FLUID BY DIRECT CONTACT OF ANOTHER FLUID OR BY USING INERTIA OF FLUID TO BE PUMPED; SIPHONS
    • F04F1/00Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped
    • F04F1/02Pumps using positively or negatively pressurised fluid medium acting directly on the liquid to be pumped using both positively and negatively pressurised fluid medium, e.g. alternating
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003Processes 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
    • F25J1/0047Processes 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
    • F25J1/0052Processes 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 vaporising a liquid refrigerant stream
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/008Hydrocarbons
    • F25J1/0085Ethane; Ethylene
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes 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
    • F25J1/0203Processes 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
    • F25J1/0204Processes 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
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes 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
    • F25J1/0243Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes 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
    • F25J1/0243Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F25J1/0265Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
    • F25J1/0268Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer using a dedicated refrigeration means
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02Processes 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
    • F25J1/0243Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0257Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0275Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines adapted for special use of the liquefaction unit, e.g. portable or transportable devices
    • F25J1/0277Offshore use, e.g. during shipping
    • F25J1/0278Unit being stationary, e.g. on floating barge or fixed platform
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/22Compressor driver arrangement, e.g. power supply by motor, gas or steam turbine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/30Compression of the feed stream
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/04Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams using a pressure accumulator
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00Refrigeration techniques used
    • F25J2270/12External refrigeration with liquid vaporising loop
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25JLIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00Refrigeration techniques used
    • F25J2270/60Closed external refrigeration cycle with single component refrigerant [SCR], e.g. C1-, C2- or C3-hydrocarbons

Abstract

The present invention is related to a method for production of synthetic fuel from a combustible material comprising the following steps: combustible material is separated gravitationally from barren rock in water-salt solution selected so that it has a density intermediate between the combustible material density and the barren rock density; separated combustible material is heated and milled to produce paste of purified combustible material; the paste is pseudo-fluidized; and hydrogenation of the pseudo-fluidized paste is performed using Segner wheel. The invention is related also to a system for production of synthetic fuel from a combustible material by the above-described method.

Description

Изобретение относится к способу получения синтетического топлива из горючего материала, содержащему следующие этапы: гравитационно отделяют горючий материал от пустой породы в водно-соляном растворе, выбранном так, что он имеет плотность, промежуточную между плотностью горючего материала и плотностью пустой породы; нагревают и перемалывают отделенный горючий материал для получения пасты из очищенного горючего материала; псевдоожижают пасту и выполняют гидрогенизацию псевдоожиженной пасты посредством использования Сегнерова колеса. Изобретение также относится к системе для получения синтетического топлива из горючего материала указанным выше способом.The invention relates to a method for producing synthetic fuel from combustible material, comprising the following steps: combustible material is gravitationally separated from waste rock in a water-salt solution, chosen so that it has a density intermediate between the density of the combustible material and the waste rock density; heat and grind the separated combustible material to form a paste of refined combustible material; fluidizing the paste and hydrogenating the fluidized paste through the use of a Segner wheel. The invention also relates to a system for producing synthetic fuel from combustible material in the manner indicated above.

029258029258

Область техники, к которой относится изобретениеThe technical field to which the invention relates.

Настоящее изобретение относится к области производства и обработки энергии и, более конкретно, к сжижению природного газа и другого ископаемого топлива.The present invention relates to the production and processing of energy and, more specifically, to the liquefaction of natural gas and other fossil fuels.

Уровень техникиThe level of technology

Сжижение природного газа связано со значительными трудностями, касающимися потребления энергии и доставки природного газа на установку для сжижения. Существующие технологии используют большое количество энергии и требуют наличия длинного трубопровода для доставки природного газа, добываемого на морских месторождениях.The liquefaction of natural gas is associated with considerable difficulties regarding energy consumption and the delivery of natural gas to the liquefaction plant. Existing technologies use large amounts of energy and require a long pipeline to deliver natural gas from offshore fields.

Сжижение угля используется для обработки угля и, в частности, для производства жидкого топлива из угля (см., например, изобретенный сто лет назад способ Бергиуса). Однако главные трудности при выполнении таких процессов обусловлены необходимостью добычи, обработки и транспортировки огромного количества ископаемого топлива, предназначенного для сжижения, а также высокими энергозатратами на обработку, неблагоприятным воздействием на окружающую среду, связанным со сжижением, используемыми в этом процессе химическими веществами, а также в некоторых случаях низкой эффективностью обработки.Coal liquefaction is used to process coal and, in particular, to produce liquid fuels from coal (see, for example, Bergius’s method invented a hundred years ago). However, the main difficulties in performing such processes are due to the need for the extraction, processing and transportation of huge amounts of fossil fuels intended for liquefaction, as well as high energy consumption for processing, adverse environmental effects associated with liquefaction, chemicals used in this process, and some cases of low processing efficiency.

Раскрытие изобретенияDISCLOSURE OF INVENTION

В одном аспекте настоящего изобретения предложен подводный модуль повышения давления газа, содержащий: по меньшей мере один вертикальный сосуд, выполненный с возможностью приема газа через верхнюю часть сосуд и повышающей давление жидкости через нижнюю часть вертикального сосуда и дополнительно содержащий слой несмешивающейся с водой жидкости на слое водно-соляного раствора, причем плотность повышающей давление жидкости выше плотности водно-соляного раствора, которая, в свою очередь, выше плотности несмешивающейся с водой жидкости для удержания слоя водно-соляного раствора сверху повышающей давление жидкости и для удержания слоя несмешивающейся с водой жидкости сверху слоя водно-соляного раствора, и содержащий клапанную систему, выполненную с возможностью повышения давления газа посредством введения повышающей давление жидкости в сосуд, откачки газа повышенного давления через верхнюю часть вертикального сосуда после достижения заданного давления и введения газа в сосуд посредством откачки повышающей давление жидкости через нижнюю часть вертикального сосуда.In one aspect of the present invention, an underwater gas pressure boosting module is provided, comprising: at least one vertical vessel configured to receive gas through the upper part of the vessel and pressurize the liquid through the lower part of the vertical vessel and additionally containing a layer of water-immiscible liquid on the water-based layer -salt solution, and the density of the pressure-increasing liquid is higher than the density of the water-salt solution, which, in turn, is higher than the density of the water-immiscible liquid To keep the layer of water-salt solution on top of the pressure-increasing fluid and to keep the layer of water-immiscible liquid on top of the layer of water-salt solution, and containing a valve system, designed to increase the gas pressure by introducing the pressure-increasing fluid into the vessel, pumping the increased pressure gas through the upper part of the vertical vessel after reaching a predetermined pressure and introducing gas into the vessel by pumping the pressure-increasing fluid through the lower part of the vertical vessel.

В другом аспекте настоящего изобретения предложена подводная система сжижения природного газа, содержащая по меньшей мере два подводных модуля повышения давления газа, один из которых выполнен с возможностью сжимания природного газа, а другой выполнен с возможностью сжимания хладагента, используемого для охлаждения сжатого природного газа.In another aspect of the present invention, an underwater natural gas liquefaction system is proposed that contains at least two underwater gas pressure boosting modules, one of which is capable of compressing natural gas and the other is capable of compressing refrigerant used to cool the compressed natural gas.

В одном аспекте настоящего изобретения предложен подводный модуль повышения давления газа, содержащий по меньшей мере один сосуд, выполненный с возможностью приема газа через верхнюю часть сосуда и морской воды через нижнюю часть сосуда и дополнительно содержащий слой не смешивающейся с водой жидкости, разделяющий между собой газ и морскую воду, при этом не смешивающаяся с водой жидкость выбрана так, что она имеет плотность, промежуточную между плотностью газа и плотностью морской воды; и клапанную систему, выполненную с возможностью повышения давления газа посредством введения морской воды в сосуд, откачки газа повышенного давления через верхнюю часть сосуда после достижения заданного давления и введения газа в сосуд посредством откачки морской воды через нижнюю часть сосуда. Откаченная морская вода может вводиться контролируемым образом в эксплуатационные скважины для повышения газодобычи.In one aspect of the present invention, there is provided an underwater gas pressure boosting module comprising at least one vessel configured to receive gas through the upper part of the vessel and seawater through the lower part of the vessel and additionally containing a layer of water-immiscible liquid separating the gas and seawater, while the liquid that is not miscible with water is selected so that it has a density intermediate between the density of the gas and the density of seawater; and a valve system configured to increase the gas pressure by introducing seawater into the vessel, pumping the pressurized gas through the upper part of the vessel after reaching a predetermined pressure and introducing gas into the vessel by pumping seawater through the lower part of the vessel. Pumped seawater can be introduced in a controlled manner into production wells to enhance gas production.

В одном аспекте настоящего изобретения предложен способ отделения и гидрогенизации горючего материала, содержащий следующие этапы: гравитационно отделяют горючий материал от пустой породы в водно-соляном растворе, выбранном так, что он имеет плотность, промежуточную между плотностью горючего материала и плотностью пустой породы; нагревают и перемалывают отделенный горючий материал для получения пасты из очищенного горючего материала; псевдоожижают пасту и выполняют гидрогенизацию псевдоожиженной пасты посредством использования Сегнерова колеса.In one aspect of the present invention, a method for separating and hydrogenating combustible material is proposed, comprising the following steps: combustible material is gravitationally separated from the waste rock in a water-salt solution chosen so that it has a density intermediate between the density of the combustible material and the density of the waste rock; heat and grind the separated combustible material to form a paste of refined combustible material; fluidizing the paste and hydrogenating the fluidized paste through the use of a Segner wheel.

В одном аспекте настоящего изобретения предложен модуль гидрогенизации, содержащий вертикальный вал, выполненный с возможностью приема текучего горючего материала и поддержания его нисходящего потока; Сегнерово колесо, имеющее сообщение по текучей среде с вертикальным валом и выполненное с возможностью приведения во вращение посредством протекающего текучего горючего материала; камеру гидрогенизации, окружающую нижний участок вертикального вала и Сегнерово колесо, причем камера гидрогенизации содержит нагревающий модуль, выполненный с возможностью нагревания текучего горючего материала, и источник водорода, выполненный с возможностью введения водорода в текучий горючий материал, выходящий из Сегнерова колеса, для получения гидрогенизированной горючей текучей среды; и вертикальный кожух, имеющий сообщение по текучей среде с камерой гидрогенизации и выполненный с возможностью поддержания восходящего потока гидрогенизированной горючей текучей среды из камеры гидрогенизации с обеспечением при этом рекуперационного теплообмена между поднимающейся гидрогенизированной горючей текучей средой и нисходящим потоком текучего горючего материала.In one aspect of the present invention, a hydrogenation module is provided comprising a vertical shaft configured to receive a flowing combustible material and maintain its downward flow; Segner wheel having fluid communication with the vertical shaft and configured to be driven in rotation by a flowing combustible fluid material; the hydrogenation chamber surrounding the lower portion of the vertical shaft and the Segner wheel, the hydrogenation chamber containing a heating module configured to heat the flowing combustible material and a source of hydrogen configured to introduce hydrogen into the flowing combustible material coming out of the Segner wheel to produce hydrogenated combustible fluid medium; and a vertical case having fluid communication with the hydrogenation chamber and configured to maintain an upward flow of hydrogenated combustible fluid from the hydrogenation chamber while ensuring recovery heat exchange between the rising hydrogenated combustible fluid and the downward flow of combustible fluid.

Эти дополнительные и/или другие аспекты и/или преимущества настоящего изобретения изложеныThese additional and / or other aspects and / or advantages of the present invention are set forth.

- 1 029258- 1 029258

в нижеследующем детальном описании; при этом их можно вывести из детального описания и/или узнать при реализации настоящего изобретения.in the following detailed description; while they can be derived from the detailed description and / or learn when implementing the present invention.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

Для лучшего понимания вариантов осуществления изобретения и для иллюстрации того, как они могут быть реализованы, будем теперь ссылаться на приведенные исключительно в качестве примера прилагаемые чертежи, на которых одинаковые номера позиций обозначают одинаковые элементы или сегменты на протяжении всего документа.For a better understanding of the embodiments of the invention and to illustrate how they can be implemented, we will now refer to the accompanying drawings, which are given solely as an example, in which the same reference numbers designate identical elements or segments throughout the document.

На прилагаемых чертежах представлены:On the attached drawings are presented:

Фиг. 1 представляет собой структурную блок-схему высокого уровня подводного модуля повышения давления газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 1 is a structural block diagram of a high level of subsea gas pressure boosting module in accordance with some embodiments of the invention.

Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение высокого уровня подводного модуля повышения давления газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 2 is a schematic representation of a high level of an underwater gas booster according to some embodiments of the invention.

Фиг. 3 представляет собой структурную блок-схему высокого уровня подводной системы сжижения природного газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 3 is a structural block diagram of a high level submarine natural gas liquefaction system in accordance with some embodiments of the invention.

Фиг. 4 представляет собой схематическое изображение высокого уровня подводной системы сжижения природного газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 4 is a schematic representation of a high level of a natural gas underwater liquefaction system according to some embodiments of the invention.

Фиг. 5 представляет собой блок-схему высокого уровня, иллюстрирующую способ сжатия и сжижения газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 5 is a high level block diagram illustrating a method of compressing and liquefying a gas according to some embodiments of the invention.

Фиг. 6 представляет собой структурную блок-схему высокого уровня подводного модуля повышения давления газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 6 is a structural block diagram of a high level of subsea gas pressure boosting module in accordance with some embodiments of the invention.

Фиг. 7 представляет собой структурную блок-схему высокого уровня подводной системы сжижения природного газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 7 is a structural block diagram of a high level submarine natural gas liquefaction system in accordance with some embodiments of the invention.

Фиг. 8 представляет собой схематическое изображение высокого уровня подводной системы сжижения природного газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 8 is a schematic representation of a high level of a subsea natural gas liquefaction system in accordance with some embodiments of the invention.

Фиг. 9 представляет собой блок-схему высокого уровня, иллюстрирующую способ сжатия и сжижения газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 9 is a high level block diagram illustrating a method of compressing and liquefying a gas according to some embodiments of the invention.

Фиг. 10А представляет собой схематическое изображение неограничивающего примера системы обработки горючего материала согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 10A is a schematic representation of a non-limiting example of a combustible material handling system according to some embodiments of the invention.

Фиг. 10В представляет собой схематическое изображение высокого уровня подсистем в системе обработки горючего материала согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 10B is a schematic representation of a high level of subsystems in a combustible material processing system according to some embodiments of the invention.

Фиг. 11А представляет собой блок-схему высокого уровня, иллюстрирующую основные этапы способа отделения и гидрогенизации горючего материала согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 11A is a high level flowchart illustrating the main steps of a method for separating and hydrogenating combustible material in accordance with some embodiments of the invention.

Фиг. 11В представляет собой блок-схему высокого уровня, иллюстрирующую последующие этапы способа отделения и гидрогенизации горючего материала согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 11B is a high level flowchart illustrating the subsequent steps of a method for separating and hydrogenating combustible material in accordance with some embodiments of the invention.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Перед изложением ниже подробного описания изобретения может быть полезным дать определения некоторых терминов, используемых в данном документе.Before setting out the detailed description of the invention below, it may be useful to define certain terms used in this document.

Термин "горючий материал", используемый в данном изобретении, относится к материалу любого типа, используемому для генерирования энергии, в частности, к осадочным породам, например углю, горючим сланцам и ископаемому топливу других типов.The term "combustible material" as used in this invention refers to any type of material used to generate energy, in particular sedimentary rocks, such as coal, oil shale and other types of fossil fuel.

При конкретной ссылке на прилагаемые детальные чертежи следует подчеркнуть, что конкретные детали изображены лишь в качестве примера и только с целью иллюстрации предпочтительных вариантов осуществления настоящего изобретения, при этом они приведены в качестве, как можно полагать, наиболее полезного и простого для понимания описания принципов и концептуальных аспектов изобретения. В этой связи, структурные особенности изобретения представлены настолько подробно, насколько это необходимо для понимания фундаментальных принципов изобретения, при этом на основании данного описания в сочетании с прилагаемыми чертежами специалисты в данной области техники могут понимать, что на практике могут быть реализованы различные варианты осуществления изобретения.With a specific reference to the accompanying detailed drawings, it should be emphasized that the specific details are depicted only as an example and only to illustrate preferred embodiments of the present invention, and they are given as, as you may think, the most useful and easy to understand description of the principles and conceptual aspects of the invention. In this regard, the structural features of the invention are presented in as much detail as is necessary to understand the fundamental principles of the invention, while on the basis of this description, in conjunction with the attached drawings, those skilled in the art can understand that various embodiments of the invention can be implemented in practice.

Прежде чем пояснить подробно по меньшей мере один вариант осуществления изобретения, необходимо отметить, что изобретение не ограничено в своем применении деталями конструкции и размещением компонентов, представленными в последующем описании или проиллюстрированными на чертежах. Изобретение может быть применено для других вариантов осуществления и использоваться на практике или выполняться различными способами. Также следует понимать, что формулировки и терминология, используемые в данном документе, служат для целей описания и не должны быть истолкованы в качестве ограничения.Before explaining in detail at least one embodiment of the invention, it should be noted that the invention is not limited in its application to the details of the structure and the arrangement of the components presented in the following description or illustrated in the drawings. The invention can be applied to other embodiments and used in practice or performed in various ways. You should also understand that the language and terminology used in this document are for the purpose of description and should not be construed as limiting.

В некоторых вариантах осуществления предложены подводные модули повышения давления газа и системы сжижения, а также в данном документе предложены способы повышения давления и сжижения. Газ сжимается гидравлическим образом с помощью повышающей давление поднимающейся жидкости, отделенной от газа посредством слоя несмешивающейся с водой жидкости, расположенного сверху водно-соляного раствора. Для достижения высокого коэффициента сжатия используются высокие сосуды,In some embodiments, underwater modules for increasing gas pressure and liquefaction systems have been proposed, and also methods for increasing pressure and liquefying are proposed in this document. The gas is compressed hydraulically by means of an upward pressure of the rising liquid, which is separated from the gas by means of a layer of water-immiscible liquid located on top of the brine. To achieve a high compression ratio, high vessels are used.

- 2 029258- 2 029258

что понижает температуру сжижения. Повышающая давление жидкость подается гравитационно после газификации, транспортировки на малые глубины и конденсации. Для сжижения сжатого газа используются охлаждающие модули. Каскад из компрессионных и охлаждающих модулей может использоваться последовательно для более высоких температур сжижения, что обеспечивает возможность последующего охлаждения посредством морской воды. Повышающая давление жидкость, размеры сосудов, подающий модуль, хладагенты и реализация охлаждающих модулей выбираются в соответствии с морским местоположением с тем, чтобы обеспечить сжижение природного газа вблизи источника газа.which lowers the liquefaction temperature. The pressurizing fluid is supplied gravitationally after gasification, transportation to shallow depths and condensation. Cooling modules are used to liquefy compressed gas. A cascade of compression and cooling modules can be used in series for higher liquefaction temperatures, which allows subsequent cooling with seawater. The pressurizing fluid, vessel dimensions, feed module, refrigerants and sales of cooling modules are selected in accordance with the marine location in order to liquefy natural gas near the gas source.

Фиг. 1 представляет собой структурную блок-схему высокого уровня подводного модуля повышения давления газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. Фиг. 2 представляет собой схематическое изображение высокого уровня подводного модуля 110 повышения давления газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. Термодинамические процессы, используемые в данном изобретении, проиллюстрированы схематическим образом на фиг. 1 в виде участка 111 повышения давления выше критического значения и охлаждения газа повышенного давления до участка 115 его сжижения.FIG. 1 is a structural block diagram of a high level of subsea gas pressure boosting module in accordance with some embodiments of the invention. FIG. 2 is a schematic representation of a high level of an underwater gas pressure boosting module 110 according to some embodiments of the invention. The thermodynamic processes used in this invention are illustrated schematically in FIG. 1 in the form of a pressure increase section 111 above the critical value and cooling the pressurized gas to its liquefaction section 115.

Подводный модуль 110 повышения давления газа содержит по меньшей мере один вертикальный сосуд 111, изображенный на фиг. 1 в двух рабочих состояниях, и обозначенный номером позиции 111А для повышения давления газа и 111В для всасывания газа, что пояснено ниже. Вертикальный сосуд 111 выполнен с возможностью приема газа 90 через верхнюю часть 112 вертикального сосуда, например, через верхнее отверстие, и повышающей давление жидкости 80 через нижнюю часть 113 вертикального сосуда, например, через нижнее отверстие.Underwater gas pressure boosting module 110 comprises at least one vertical vessel 111 shown in FIG. 1 in two working states, and indicated by the position number 111A to increase the pressure of the gas and 111B for the suction of gas, which is explained below. The vertical vessel 111 is adapted to receive gas 90 through the upper part 112 of the vertical vessel, for example, through the upper opening, and the pressure-increasing fluid 80 through the lower part 113 of the vertical vessel, for example, through the lower opening.

Подводный модуль 110 повышения давления газа содержит клапанную систему 114, имеющую верхнюю подсистему 114А, имеющую сообщение по текучей среде с верхней частью 112 сосуда 111, и нижнюю подсистему 114В, имеющую сообщение по текучей среде с нижним отверстием 113. Подсистемы 114А, 114В выполнены с возможностью контроля и регулирования введения и откачки газа 90 и жидкости 80, соответственно. Клапанная система 114 выполнена с возможностью повышения давления газа 90 посредством введения повышающей давление жидкости 80 в сосуд 111, откачки газа 90А повышенного давления через верхнее отверстие 112 после достижения заданного давления и введения газа 90 в сосуд 111 посредством откачки повышающей давление жидкости 80 через нижнюю часть 113 сосуда 111.The subsea gas pressure boosting module 110 comprises a valve system 114 having an upper subsystem 114A having fluid communication with the upper part 112 of the vessel 111, and a lower subsystem 114B having fluid communication with the lower opening 113. The subsystems 114A, 114B are configured to control and regulation of the introduction and pumping of gas 90 and liquid 80, respectively. The valve system 114 is configured to increase the pressure of the gas 90 by introducing the pressure-increasing fluid 80 into the vessel 111, pumping the gas 90A at an increased pressure through the upper opening 112 after reaching a predetermined pressure and introducing the gas 90 into the vessel 111 by pumping the pressure-increasing fluid 80 through the lower part 113 vessel 111.

Вертикальный сосуд 111 дополнительно содержит слой не смешивающейся с водой жидкости 70 на слое водно-соляного раствора 60. Слои расположены таким образом, чтобы отделять повышающую давление жидкость 80 от газа 90 в процессе повышения давления и всасывания газа 90. Жидкости 60, 70 выбираются таким образом, чтобы плотность повышающей давление жидкости 80 была выше плотности водно-соляного раствора 60, которая, в свою очередь, была бы выше плотности не смешивающейся с водой жидкости 70. Такой выбор плотностей (при рабочих температурах и давлениях) предназначен обеспечить удержание слоя водно-соляного раствора 60 сверху повышающей давление жидкости 80 и обеспечить удержание слоя несмешивающейся с водой жидкости 70 сверху слоя водно-соляного раствора 60.The vertical vessel 111 further comprises a layer of water-immiscible liquid 70 on the layer of water-salt solution 60. The layers are arranged so as to separate the pressure-boosting liquid 80 from the gas 90 in the process of pressure increase and gas suction 90. Fluids 60, 70 are selected in this way so that the density of the pressure-increasing fluid 80 is higher than the density of the water-salt solution 60, which, in turn, would be higher than the density of the liquid that is not miscible with water 70. Such a choice of densities (at working temperatures and pressures) is It is intended to hold the layer of the water-salt solution 60 on top of the pressure-increasing liquid 80 and to ensure that the layer of the water-immiscible liquid 70 is kept on top of the layer of the water-salt solution 60.

В некоторых вариантах осуществления газ 90 проходит предварительную очистку исходного сырья для удаления вредных примесей. Затем газ проходит компрессию (на 111) и конденсацию (на 115) за счет его охлаждения посредством внешнего хладоносителя (охлаждающих модулей 115, см. ниже), охлаждаемого в контуре его циркуляции на предыдущей ступени охлаждающего каскада, при этом газообразная фаза на каждой ступени такого охлаждающего каскада сжимается в вертикальных сосудах 111, расположенных в морской воде.In some embodiments, the implementation of the gas 90 is pre-cleaning the source of raw materials to remove harmful impurities. The gas then undergoes compression (at 111) and condensation (at 115) due to its cooling by means of an external coolant (cooling modules 115, see below), cooled in its circulation loop at the previous stage of the cooling cascade, while the gaseous phase at each stage of such cooling cascade is compressed in vertical vessels 111, located in sea water.

Для этой цели после заполнения сосуда 111 газообразным веществом 90, с более высокого уровня в более низкую часть каждого сосуда подается летучая и не смешивающаяся с водой тяжелая неводная жидкость 80 под слоем водно-солевого вещества 60, плотность которого меньше плотности неводной жидкости 80, и которая экранируется, например, посредством жидкого углеводорода 70, имеющего плотность меньше, чем плотность водно-солевого вещества 60.For this purpose, after filling the vessel 111 with gaseous substance 90, from a higher level, a volatile and water-immiscible heavy non-aqueous liquid 80 is fed to the lower part of each vessel under a layer of water-salt substance 60, the density of which is less than the density of non-aqueous liquid 80, and which shielded, for example, by a liquid hydrocarbon 70 having a density less than the density of the water-salt substance 60.

После выдавливания сжатого газа 90А посредством поднимающегося столба тяжелой жидкости 80 выполняется всасывание следующей порции газообразного вещества 90 посредством откачки основной части тяжелой неводной жидкости 80 за пределы вертикального сосуда 111.After squeezing the compressed gas 90A by means of a rising heavy liquid column 80, the next portion of the gaseous substance 90 is sucked out by pumping the main part of the heavy non-aqueous liquid 80 out of the vertical vessel 111.

Возвращение летучей тяжелой неводной жидкости 80 из вертикальных сосудов 111 на верхний уровень осуществляется посредством ее повторной газификации в газификаторе 120 (термин газификатор используется в настоящем описании в своем физическом смысле, т.е. это устройство, превращающее жидкость в газ) в подводных условиях за счет теплообмена (например, в змеевике 121) с внешним теплоносителем (например, водяным паром 30), с последующим выпуском до верхней высотной отметки через изолированную трубу 122 образующихся неводных паров 80А для их конденсации в конденсаторе 130. После этого неводная тяжелая жидкость 80, после конденсации на верхнем уровне, подается снова под действием гравитации (в контейнере 140) на основание каждого вертикального сосуда 111 под слоем водно-солевого вещества 60, экранируемого посредством жидкого углеводорода 70.The return of the volatile heavy non-aqueous liquid 80 from the vertical vessels 111 to the upper level is accomplished by re-gasifying it in the gasifier 120 (the term gasifier is used in the present description in its physical sense, i.e., a device that turns a liquid into a gas) underwater conditions due to heat exchange (for example, in the coil 121) with an external coolant (for example, water vapor 30), followed by release to the upper elevation through the insulated pipe 122 of the resulting non-aqueous vapor 80A to condense them in the condenser 130. Then, nonaqueous heavy liquid 80, after condensation in the upper layer is supplied again under the influence of gravity (in the container 140) to the base of each vertical receptacle 111 under a layer of water-salt substances 60, the shielding 70 by the liquid hydrocarbon.

В некоторых вариантах осуществления повышающая давление жидкость 80, которая может содержать, например, различные негорючие, огнестойкие и взрывобезопасные органические вещества с опре- 3 029258In some embodiments, a pressure-enhancing fluid 80, which may contain, for example, various non-combustible, fire-resistant and explosion-proof organic substances with the specific 3 029258

деленным набором термодинамических, реологических, гигиенических и санитарных свойств, может использоваться в качестве летучей и несмешивающейся с водой тяжелой неводной жидкости. Они представляют собой, например, полностью (или частично) галогенопроизводные углеводороды гомологического ряда алканов, например перфторциклопентан, трифторбромэтан, гексафторохлорбромпропан, перфторопентан, дибромфторметан, дифтордибромметан или их смеси.A divided set of thermodynamic, rheological, hygienic and sanitary properties, can be used as a volatile and water-immiscible heavy non-aqueous liquid. They are, for example, fully (or partially) halogen derivatives of hydrocarbons of a homologous alkane series, for example, perfluorocyclopentane, trifluorobromoethane, hexafluorochlorobromo propane, perfluoropentane, dibromofluoromethane, difluorodibromomethane, or mixtures thereof.

В некоторых вариантах осуществления водно-соляной раствор 60 может содержать различные растворы минеральных и органических солей в пресной (или морской) воде, плотность которых меньше, чем плотность неводной среды, например, растворы нитратов кальция или магния, бромидов калия, цинка и кальция, карбонатов, формиатов и ацетатов калия, различных галогенидов других щелочных металлов, а также соединения, приготовленные на основе пресной (или морской) воды, содержащие, наряду с минеральными солями, этиленгликоль, глицерин и другие многокомпонентные водно-солевые системы, отличающиеся не только более низким удельным весом по сравнению с галогенопроизводными углеводородами, но также достаточно низкой температурой замерзания, которые могут использоваться в качестве водно-солевой среды, покрывающей столб летучей тяжелой жидкости.In some embodiments, the implementation of the water-salt solution 60 may contain various solutions of mineral and organic salts in fresh (or sea) water, the density of which is less than the density of non-aqueous medium, for example, solutions of calcium or magnesium nitrates, potassium bromides, zinc and calcium, carbonates , formates and potassium acetates, various halides of other alkali metals, as well as compounds prepared on the basis of fresh (or sea) water, containing, along with mineral salts, ethylene glycol, glycerin and other polycomponents tnye water-salt systems that differ not only lower specific gravity compared with Halogenated hydrocarbons, but also sufficiently low freezing point that can be used as an aqueous saline medium, coating column the volatile heavy liquid.

В некоторых вариантах осуществления несмешивающаяся с водой жидкость 70 может содержать различные несмешивающиеся с водой алифатические или ароматические органические соединения, имеющие низкую температуру замерзания, и плотность которых меньше, чем плотность минеральных (органических) солевых растворов 60, например, гексан или толуол, которые могут использоваться в качестве жидкого углеводорода, экранирующего водно-солевую среду, покрывающую столб летучей жидкости.In some embodiments, the implementation of water-immiscible liquid 70 may contain various water-immiscible aliphatic or aromatic organic compounds having a low freezing point, and whose density is less than the density of mineral (organic) salt solutions 60, for example hexane or toluene, which can be used as a liquid hydrocarbon, shielding a water-salt medium, covering a column of volatile liquid.

Газ 90А повышенного давления может сжижаться посредством охлаждающего модуля 115, как подробно пояснено ниже.The pressurized gas 90A can be liquefied by the cooling module 115, as explained in detail below.

Отсутствие каких-либо механических устройств с электрической проводкой, используемых для компрессии газообразных сред в каскадном способе сжижения метана на каждой ступени такого каскада, и их компрессия в подводных вертикальных сосудах за счет выдавливая газообразной фазы из таких цилиндров посредством подачи неводных тяжелых жидкостей 80 с определенным набором физических и других свойств под слоем водно-солевого вещества 60 обеспечивают не только существенное снижение в цикличности работы таких поршневых компрессоров, не содержащих каких-либо движущихся механических частей, но также практически полностью устраняет потребление электроэнергии для реализации такого процесса.The absence of any mechanical devices with electrical wiring used to compress gaseous media in the cascade method of liquefying methane at each stage of such a cascade, and their compression in submarine vertical vessels due to squeezing the gaseous phase out of such cylinders by supplying non-aqueous heavy liquids 80 with a specific set physical and other properties under the layer of water-salt substance 60 provide not only a significant reduction in the cyclical nature of the operation of such piston compressors, not containing x any moving mechanical parts, but also almost completely eliminates electricity consumption for the implementation of such a process.

Кроме того, подводное размещение сосудов 111 высокого давления обеспечивает значительное снижение их материалоемкости (внешнее гидростатическое давление морской воды компенсирует внутреннее давление, что обеспечивает возможность изготовления такого оборудования с более тонкими стенками).In addition, the underwater placement of high-pressure vessels 111 provides a significant reduction in their material consumption (external hydrostatic pressure of seawater compensates for internal pressure, which makes it possible to manufacture such equipment with thinner walls).

Отсутствие высокоскоростного механического компрессорного оборудования с мощной электрической проводкой не только сокращает стоимость инструментальных конструкций для реализации процесса согласно изобретению, но также значительно повышает безопасность разработки такого подводного газового месторождения.The lack of high-speed mechanical compressor equipment with powerful electrical wiring not only reduces the cost of tool structures for implementing the process according to the invention, but also significantly increases the safety of developing such an underwater gas field.

Предпочтительно все отличительные признаки настоящего изобретения по сути взаимосвязаны, а их упомянутые комбинации обеспечивают решение задачи изобретения. Изобретение, однако, не должно быть истолковано как ограниченное деталями реализации, приведенными в качестве примеров ниже.Preferably, all the distinctive features of the present invention are essentially interrelated, and their combinations mentioned provide a solution to the problem of the invention. The invention, however, should not be construed as limited to the implementation details given as examples below.

Варианты осуществления изобретения, проиллюстрированные, например, на фиг. 1 и 2, содержат подводный модуль 110 повышения давления газа, содержащий по меньшей мере один вертикальный сосуд 111, выполненный с возможностью приема газа 90 через верхнюю часть 112 сосуда 111 и повышающей давление жидкости 80 через нижнюю часть 113 сосуда 111, и дополнительно содержащий слой не мешивающейся с водой жидкости 70 на слое водно-соляного раствора 60. Плотность повышающей давление жидкости 80 выше плотности водно-соляного раствора 60, которая, в свою очередь, выше плотности несмешивающейся с водой жидкости 70, что обеспечивает удержание слоя водно-соляного раствора 60 сверху повышающей давление жидкости 80, и что обеспечивает удержание слоя несмешивающейся с водой жидкости 70 сверху слоя водно-соляного раствора 60. Подводный модуль 110 повышения давления газа дополнительно содержит клапанную систему 114, выполненную с возможностью повышения давления газа 90 посредством введения повышающей давление жидкости 80 в сосуд 111, откачки газа 90А повышенного давления через верхнее отверстие 112 после достижения заданного давления и введения газа 90 в сосуд 111 посредством откачки повышающей давление жидкости 80 через нижнее отверстие 113. Любое из отверстий 112 и 113 может содержать несколько отверстий. В некоторых вариантах осуществления для введения и откачки газа 90 (в качестве верхнего отверстия 112) и жидкости 80 (в качестве нижнего отверстия 113) могут использоваться отдельные отверстия.Embodiments of the invention illustrated, for example, in FIG. 1 and 2, comprise an underwater gas pressure boosting module 110 comprising at least one vertical vessel 111 configured to receive gas 90 through the upper part 112 of the vessel 111 and pressurizing the liquid 80 through the lower part 113 of the vessel 111, and additionally containing no layer water-miscible liquid 70 on the layer of water-salt solution 60. The density of pressure-increasing liquid 80 is higher than the density of water-salt solution 60, which, in turn, is higher than the density of water-immiscible liquid 70, which ensures that the layer in a single brine solution 60 on top of the pressure-raising fluid 80, and that ensures the retention of a layer of water-immiscible liquid 70 on top of the layer of water-salt solution 60. The underwater gas pressure boosting module 110 further comprises a valve system 114 configured to increase the gas pressure 90 by introducing increasing the pressure of the liquid 80 into the vessel 111, pumping out the gas 90A of the increased pressure through the upper opening 112 after reaching a predetermined pressure and introducing the gas 90 into the vessel 111 by pumping the increasing pressure Liquid 80 through the lower hole 113. Any of the holes 112 and 113 may contain several holes. In some embodiments, the implementation for the introduction and pumping of gas 90 (as the top hole 112) and the fluid 80 (as the bottom hole 113) can be used separate holes.

В некоторых вариантах осуществления подводный модуль 110 повышения давления газа может дополнительно содержать подающий модуль 125, имеющий сообщение по текучей среде с клапанной системой 114В и выполненный с возможностью приема повышающей давление жидкости 80 из подводного модуля 110 повышения давления газа и подачи повышающей давление жидкости 80 к подводному модулю 110 повышения давления газа.In some embodiments, the implementation of the underwater gas pressure boosting module 110 may further comprise a feeding module 125 having fluid communication with the valve system 114B and configured to receive the pressurizing fluid 80 from the underwater gas pressure boosting module 110 and supply the pressure boosting fluid 80 to the underwater module 110 increase gas pressure.

- 4 029258- 4 029258

В некоторых вариантах осуществления и, ссылаясь на подробный пример, приведенный ниже, подающий модуль 125 может содержать газификатор 120, например паровой котел 120, выполненный с возможностью газификации повышающей давление жидкости 80; конденсатор 130, расположенный на определенной глубине под водой и выполненный с возможностью конденсации газифицированной повышающей давление жидкости 80А; теплоизолированный трубопровод 122, выполненный с возможностью подачи газифицированной повышающей давление жидкости 80А от газификатора 120 к конденсатору 130; и контейнер 140, например подводное хранилище 140, выполненное с возможностью приема конденсированной повышающей давление жидкости 80 и гравитационной подачи повышающей давление жидкости 80 в клапанную систему 114 (например, к клапанам 114В).In some embodiments, and referring to the detailed example below, the feed module 125 may comprise a gasifier 120, such as a steam boiler 120, configured to gasify the pressure-boosting fluid 80; a condenser 130 located at a certain depth under water and configured to condense a gasified pressurizing fluid 80A; thermally insulated pipeline 122, configured to supply a gasified pressurizing fluid 80A from the gasifier 120 to the condenser 130; and a container 140, such as underwater storage 140, configured to receive condensed pressure boosting fluid 80 and gravity feed pressure boosting fluid 80 to the valve system 114 (for example, to valves 114B).

В некоторых вариантах осуществления подводный модуль 110 повышения давления газа может содержать два вертикальных сосуда 111, выполненные с возможностью работы взаимообратным образом, причем один сосуд повышает давление в газе 90, в то время как другой сосуд принимает газ 90.In some embodiments, the implementation of the underwater module 110 increase the pressure of the gas may contain two vertical vessel 111, made with the ability to work in a reciprocal manner, with one vessel increases the pressure in the gas 90, while the other vessel receives the gas 90.

Подводный модуль 110 повышения давления газа может быть связан с платформой 20 добычи природного газа и принимать природный газ в виде газа 90 от платформы 20. Сжиженный природный газ 90 может храниться в подводном хранилище 92 или подаваться на берег. Сосуды 111 выполнены с возможностью выдерживать подводное давление, применительно к условиям работы модуля 110. Подводный модуль 110 повышения давления газа может, кроме того, быть выполнен с возможностью сжимания и/или сжижения других газов или газовых смесей. В некоторых вариантах осуществления подводный модуль 110 повышения давления газа может быть выполнен с возможностью сжимания и/или сжижения хладагентов, используемых для сжижения природного газа 90, как проиллюстрировано ниже. Многочисленные подводные модули 110 повышения давления газа могут быть расположены в виде каскада для компрессии газа 90 ступенчатым образом, на каждой ступени каскада принимая сжатый газ и сжимая принятый газ еще больше. Многочисленные подводные модули 110 повышения давления газа могут быть расположены в виде каскада для компрессии и сжижения нескольких типов газов, имеющих возрастающие температуры критической точки, чтобы обеспечить охлаждение последнего газа в каскаде посредством морской воды, например, посредством глубинной морской воды. При таком размещении охлаждающий эффект морской воды постепенно усиливается с тем, чтобы обеспечить криогенное охлаждение первого газа в каскаде. Неограничивающий подробный пример представлен ниже.Underwater gas pressure boosting module 110 may be associated with natural gas production platform 20 and receive natural gas in the form of gas 90 from platform 20. Liquefied natural gas 90 may be stored in submarine storage 92 or supplied ashore. The vessels 111 are adapted to withstand the subsea pressure, as applied to the operating conditions of the module 110. The underwater module 110 for increasing the gas pressure can also be adapted to compress and / or liquefy other gases or gas mixtures. In some embodiments, the implementation of the underwater module 110 increase the pressure of the gas can be performed with the possibility of compressing and / or liquefaction of refrigerants used to liquefy natural gas 90, as illustrated below. Numerous subsea gas pressure boosting modules 110 can be arranged in a cascade for compressing gas 90 in a stepwise manner, at each stage of the cascade, taking compressed gas and compressing the received gas even more. Numerous subsea gas pressure boosting modules 110 may be arranged in a cascade for compressing and liquefying several types of gases having increasing temperatures at a critical point in order to cool the last gas in the cascade with seawater, for example, with deep seawater. With this arrangement, the cooling effect of seawater is gradually enhanced in order to provide cryogenic cooling of the first gas in the cascade. A non-limiting detailed example is provided below.

Фиг. 3 представляет собой структурную блок-схему высокого уровня подводной системы 100 сжижения природного газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения; фиг. 4 представляет собой схематическое изображение высокого уровня подводной системы 100 сжижения природного газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 3 is a structural block diagram of a high level of an underwater natural gas liquefaction system 100 according to some embodiments of the invention; FIG. 4 is a schematic representation of a high level of an underwater natural gas liquefaction system 100 according to some embodiments of the invention.

В некоторых вариантах осуществления подводная система 100 сжижения природного газа может содержать три подводных модуля 110А, 110В, 110С повышения давления газа, расположенных в виде охлаждающего и повышающего давление каскада для эффективного сжижения природного газа.In some embodiments, the implementation of the underwater system 100 liquefaction of natural gas may contain three underwater module 110A, 110V, 110C increase the pressure of the gas, located in the form of a cooling and pressure-increasing cascade for the effective liquefaction of natural gas.

Первый модуль 110А может быть выполнен с возможностью повышения давления природного газа 90, а охлаждающий модуль 115А для природного газа может быть выполнен с возможностью сжижения природного газа 90А повышенного давления (для получения жидкого природного газа 91) с использованием первого хладагента 50.The first module 110A may be adapted to increase the pressure of natural gas 90, and the cooling module 115A for natural gas may be adapted to liquefy natural gas 90A at elevated pressure (to produce liquid natural gas 91) using the first refrigerant 50.

Второй модуль 110В может быть выполнен с возможностью повышения давления первого хладагента 50, а первый охлаждающий модуль 115В может быть выполнен с возможностью сжижения первого хладагента 50А повышенного давления (для получения первого жидкого хладагента 51) с использованием второго хладагента 40. Первый жидкий хладагент 51 используется в охлаждающем модуле 115А для природного газа для охлаждения природного газа 90А повышенного давления.The second module 110B may be configured to increase the pressure of the first refrigerant 50, and the first cooling module 115B may be adapted to liquefy the first refrigerant 50A of increased pressure (to obtain the first liquid refrigerant 51) using the second refrigerant 40. The first liquid refrigerant 51 is used in a natural gas cooling module 115A for cooling pressurized natural gas 90A.

Третий модуль 110С может быть выполнен с возможностью повышения давления второго хладагента 40, а второй охлаждающий модуль 115С может быть выполнен с возможностью сжижения второго хладагента 40А повышенного давления (для получения второго жидкого хладагента 41), по возможности с использованием окружающей морской воды. Второй жидкий хладагент 41 используется в первом охлаждающем модуле 115В для охлаждения первого хладагента 50А повышенного давления.The third module 110C may be adapted to increase the pressure of the second refrigerant 40, and the second cooling module 115C may be adapted to liquefy the second refrigerant 40A of elevated pressure (to produce the second liquid refrigerant 41), possibly using the surrounding seawater. The second liquid refrigerant 41 is used in the first cooling module 115B to cool the first refrigerant 50A under pressure.

В некоторых вариантах осуществления система 100 может реализовывать дополнительные этапы с использованием дополнительных хладагентов, или несколько этапов повышения давления (каждый выполняемый с помощью соответствующих сосудов 111) для каждого хладагента и т.д. Количество и тип хладагентов и количество и технические характеристики модулей повышения давления могут быть определены согласно морским характеристикам (глубина, поверхностные температуры, строительные ограничения) и эксплуатационным факторам.In some embodiments, system 100 may implement additional steps using additional refrigerants, or several pressure boosting steps (each performed using the respective vessels 111) for each refrigerant, etc. The number and type of refrigerants and the number and technical characteristics of the booster modules can be determined according to the marine characteristics (depth, surface temperatures, building restrictions) and operational factors.

Первый хладагент 50 может быть выбран так, что он имеет критическую точку при более высокой температуре, чем природный газ 90, а второй хладагент 40 выбран так, что он имеет критическую точку при более высокой температуре, чем первый хладагент 50. В такой конфигурации охлаждающая мощность морской воды усиливается за счет использования хладагентов с понижающейся температурой критической точки до тех пор, пока охлаждение не обеспечивает компрессию природного газа 90А.The first refrigerant 50 can be selected so that it has a critical point at a higher temperature than natural gas 90, and the second refrigerant 40 is selected so that it has a critical point at a higher temperature than the first refrigerant 50. In this configuration, the cooling capacity seawater is enhanced by the use of refrigerants with a decreasing temperature of the critical point until cooling does not provide compression of natural gas 90A.

Природный газ 90, добываемый на морском дне (как источнике природного газа 89) для сжижения посредством платформы 20, может подготавливаться путем его дегидрации от водяных паров и очисткиNatural gas 90, produced on the seabed (as a source of natural gas 89) for liquefaction by platform 20, can be prepared by dehydrating it from water vapor and purifying

- 5 029258- 5 029258

(при необходимости) от вредных примесей, например сероводорода и диоксида углерода. Затем природный газ 90 может вводиться посредством всасывания в один из подводных вертикальных сосудов 111 путем выпускания столба летучей тяжелой жидкости 80, экранируемого посредством слоя водносолевого вещества 60, покрытого жидким углеводородом 70, как пояснено ниже.(if necessary) from harmful impurities, such as hydrogen sulfide and carbon dioxide. Natural gas 90 may then be introduced by suction into one of the submarine vertical vessels 111 by venting a column of volatile heavy liquid 80, shielded by a layer of water-salt substance 60 coated with liquid hydrocarbon 70, as explained below.

Природный газ 90 может претерпевать сжатие в сосудах 111 с последующим выдавливанием порции природного газа, скопившейся в вертикальном подводном сосуде 111, посредством подачи в такой цилиндр 111 летучей тяжелой жидкости с более высокого уровня под слоем водно-солевого вещества 60, сохраняющегося около его основания.Natural gas 90 may undergo compression in vessels 111, followed by squeezing a portion of natural gas accumulated in a vertical underwater vessel 111 by supplying volatile heavy fluid from a higher level under a layer of water-salt substance 60, which remains near its base, into such cylinder 111.

После этого система 100 может осуществлять охлаждение и конденсацию сжатого природного газа 90А за счет испарения кипящего при низкой температуре внешний хладоносителя, например, первого хладагента 50. Природный газ, находящийся при повышенном давлении, выдавливается для сжижения из подводного вертикального сосуда 111 посредством поднимающегося столба летучей тяжелой жидкости 80.After this, system 100 can cool and condense compressed natural gas 90A by evaporating external refrigerant boiling at low temperature, for example, the first refrigerant 50. Natural gas under elevated pressure is squeezed to liquefy from an underwater vertical vessel 111 by means of a rising volatile heavy column. fluid 80.

Сжиженный природный газ может скапливаться в подводном хранилище 92 с его последующей транспортировкой и доставкой к потребителям на морском побережье посредством перекачки по трубопроводу или транспортировки морем в специальных танкерах.Liquefied natural gas can accumulate in the underwater storage 92 with its subsequent transportation and delivery to consumers on the coast by pumping via pipeline or transporting it by sea in special tankers.

Повышающая давление жидкость 80 может вводиться в сосуды 111 под действием гравитации, используя при этом имеющийся в море перепад высот. Для этой цели повышающая давление жидкость 80 проходит подводную повторную газификацию летучей тяжелой жидкости 80, выпускаемой из вертикальных подводных сосудов 111 (во время всасывания в них газа) посредством внешнего теплоносителя, например газификатора 120, с последующим направлением образованных паров 80А на конденсацию, реализуемую на более высокой отметке путем их охлаждения с помощью морской воды (в конденсаторе 130, охлаждаемом посредством винта 135). После подъема повышающей давление жидкости 80 в форме газа 80А, жидкость 80 может быть повторно введена в сосуды 111 под действием гравитации, как проиллюстрировано ниже.Pressure boosting fluid 80 may be introduced into the vessels 111 by gravity, using the elevation difference present in the sea. For this purpose, the pressure-boosting fluid 80 undergoes the underwater re-gasification of the volatile heavy fluid 80 discharged from the vertical underwater vessels 111 (while gas is being sucked into them) by means of an external coolant, for example, the gasifier 120, followed by directing the formed vapors 80A to condensation, implemented for more high elevation by cooling them with seawater (in a condenser 130 cooled with a screw 135). After raising the pressurizing fluid 80 in the form of a gas 80A, the fluid 80 can be reintroduced into the vessels 111 by gravity, as illustrated below.

Контейнер 140 используется для накопления летучей тяжелой жидкости 80 в сборном резервуаре, установленном на верхнем уровне, с последующей подачей жидкой неводной среды 80 под слоем водносолевого раствора 60, сохраняющегося в вертикальных сосудах 111 после всасывания в них следующей порции газа 90.The container 140 is used to accumulate volatile heavy liquid 80 in a collection tank installed at the top level, followed by feeding a liquid non-aqueous medium 80 under a layer of saline solution 60, which persists in vertical vessels 111 after sucking the next portion of gas 90 in them.

Другой подводный модуль 110 повышения давления газа может использоваться для всасывания паров внешнего хладоносителя 50 (после того, как испарение хладагента 50 было использовано для отведения теплоты конденсации природного газа) в один из вертикальных сосудов 111 охлаждающего каскада (см. подробный пример ниже), с его последующим выдавливанием из цилиндра 111, реализуемым аналогичным образом, т.е., посредством подачи летучей тяжелой жидкости 80 под слоем водно-со левого раствора 60, сохраняющимся в этом сосуде 111.Another subsea gas pressure boosting module 110 can be used to suck up the vapor of external coolant 50 (after evaporation of refrigerant 50 was used to divert the heat of condensation of natural gas) into one of the vertical vessels 111 of the cooling cascade (see detailed example below), with its subsequent extrusion from the cylinder 111, implemented in a similar way, that is, by supplying volatile heavy liquid 80 under a layer of water-from the left solution 60, remaining in this vessel 111.

После этого система 100 может осуществлять охлаждение паров остаточного хладоносителя 50, выдавливаемого из вертикального сосуда 111 и охладившего природный газ 90, и его конденсацию посредством теплоотбора энергии испарения от другого, кипящего при менее низкой температуре (по сравнению с метаном), хладоносителя, заворачивающего, в свою очередь, в свою собственную петлю циркуляции, предшествующую охлаждающей ступени каскада. Все теплоносители, нагревание которых реализует переход летучей тяжелой жидкости из жидкого в газообразное состояние на всех ступенях каскада, могут циклическим образом перемещаться в системе 100.After that, the system 100 can cool the vapor of the residual coolant 50, squeezed out of the vertical vessel 111 and cool the natural gas 90, and condense it by heat extraction of evaporation from another, boiling at a lower temperature (compared to methane), a coolant wrapping the turn into its own loop of circulation preceding the cooling stage of the cascade. All coolants, the heating of which realizes the transition of a volatile heavy liquid from a liquid to a gaseous state at all stages of the cascade, can cyclically move in system 100.

Пример.Example.

В следующем неограничивающем примере природный газ 80А повышенного давления может охлаждаться этаном в качестве первого хладагента 50; первый хладагент 50А повышенного давления может охлаждаться пропаном в качестве второго хладагента 40; повышающая давление жидкость 80 может представлять собой дифтордибромметан; водно-соляной раствор 60 может представлять собой водный раствор бромида кальция; а несмешивающаяся с водой жидкость 70 может представлять собой жидкий углеводород.In the following non-limiting example, pressurized natural gas 80A can be cooled with ethane as the first refrigerant 50; the first pressurized refrigerant 50A may be cooled with propane as the second refrigerant 40; pressure boosting fluid 80 may be difluorodibromomethane; water-salt solution 60 may be an aqueous solution of calcium bromide; and the water-immiscible liquid 70 may be a liquid hydrocarbon.

Природный газ 90 может подаваться из источника 89 для сжижения после высыхания водяных паров, очистки от сероводорода и всасывания в один из вертикальных подводных сосудов 111А и 111В, работающих, например, в противофазах.Natural gas 90 may be supplied from source 89 for liquefying, after drying, water vapor, purification from hydrogen sulfide and suction into one of the vertical submarine vessels 111A and 111B, operating, for example, in antiphases.

Всасывание природного газа происходит за счет выпускания столба дифтордибромметана (плотность 2,28 г/см3, точка кипения 24,5°С), заполняющего такой рабочий цилиндр.The suction of natural gas occurs due to the release of a column of fluoride dibromomethane (density 2.28 g / cm 3 , boiling point 24.5 ° C), which fills such a working cylinder.

Эта кипящая при низкой температуре жидкость, полученная посредством попеременного выпуска вертикальных сосудов 111А и 111В, подается для повторной газификации к паровому котлу 120, нагреваемому с помощью водяного пара, закачиваемого в его змеевик 121 из паровой турбины (не изображена), установленной на буровой платформе 20, являющейся частью паросиловой установки. Конденсат, образующийся в результате конденсации этой внешней теплообменной среды, выдавливается из змеевика 121 посредством возвращения свежего пара назад в буровую платформу 20, причем эта горячая вода закачивается снова в паровой котел (не изображен) с помощью насоса высокого давления (не изображен).This low-boiling fluid, obtained by alternately discharging vertical vessels 111A and 111B, is fed for re-gasification to a steam boiler 120 heated with water vapor pumped into its coil 121 from a steam turbine (not shown) mounted on a drilling platform 20 which is part of the steam power plant. Condensate resulting from the condensation of this external heat exchange medium is squeezed out of the coil 121 by returning fresh steam back to the drilling platform 20, and this hot water is pumped again into the steam boiler (not shown) using a high-pressure pump (not shown).

- 6 029258- 6 029258

Чтобы избежать смешивания природного газа, всасываемого в сосуды 111А и 111В, с парами дифтордибромметана, столб этой летучей тяжелой жидкости экранируется посредством слоя 60 водного раствора бромида кальция - имеющей низкую температуру замерзания водно-солевой жидкости, несмешивающейся с органической средой, плотность которой ниже, чем плотность дифтордибромметана (в зависимости от концентрации и температуры, плотность растворов бромида кальция может достигать 1,82 г/см3). Она отличается аномально низкой точкой замерзания, зависящей от соотношения компонентов такой незамерзающей жидкости.To avoid mixing natural gas sucked into vessels 111A and 111B with difluorodibromomethane vapors, the column of this volatile heavy liquid is shielded by a layer 60 of an aqueous solution of calcium bromide — having a low freezing point of water-salt liquid that is immiscible with an organic medium whose density is lower than the density of difluorodibromomethane (depending on the concentration and temperature, the density of calcium bromide solutions can reach 1.82 g / cm 3 ). It is characterized by an abnormally low freezing point, depending on the ratio of the components of such non-freezing liquid.

В свою очередь, данный слой 60 водно-солевого вещества, экранирующий столб дифтордибромметана, заливается слоем гексана 70 в качестве неограничивающего примера второго хладагента. Гексан может использоваться в качестве второго хладагента 70, поскольку он представляет собой несмешивающийся с водой жидкий углеводород с наиболее низкой плотностью из этого ряда жидкостей (0,66 г/см3).In turn, this layer 60 of water-salt substance, the screening column of fluoride dibromomethane, is poured with a layer of hexane 70 as a non-limiting example of the second refrigerant. Hexane can be used as the second refrigerant 70, since it is a water-immiscible liquid hydrocarbon with the lowest density of this series of liquids (0.66 g / cm 3 ).

Однако в качестве покрытия верхней жидкости могут использоваться другие несмешивающиеся с водой, имеющие низкую температуру замерзания углеводородные жидкости, например, толуол (плотность 0,87 г/см3), или их смеси, пары которых природного газа не могут испортить потребительские свойства последних.However, other water-immiscible hydrocarbon liquids having a low freezing point, for example, toluene (density 0.87 g / cm 3 ), or their mixtures whose vapors of natural gas cannot spoil the consumer properties of the latter, can be used as a coating for the upper liquid.

Такая двойная жидкая изоляция газообразной фазы в вертикальных сосудах 111 от летучей неводной жидкости предотвращает как проникновение паров дифтордибромметана (который является не просто негорючим, но одним из наиболее эффективных противопожарных веществ на настоящий момент) в сжатый природный газ, так и смачивание метана водяными парами, которые могут находится над поверхностью любых растворов минеральных (органических) солей в воде.Such double liquid insulation of the gaseous phase in vertical vessels 111 from a volatile non-aqueous liquid prevents penetration of difluorodibromomethane vapor (which is not just incombustible, but one of the most effective fire-fighting substances at the moment) into compressed natural gas, but also wetting methane with water vapor, which may be located above the surface of any solutions of mineral (organic) salts in water.

Органические пары, образующиеся в паровом котле 120 при переходе дифтордибромметана из жидкого в газообразное состояние, поднимаются по теплоизолированному каналу 122 к конденсатору 130, установленному под буровой платформой 120, в верхнем слое морской воды, имеющем (в зависимости от расстояния от морской поверхности) среднюю дневную температуру летом от 12 до 14°С. (В случае добычи природного газа на низких широтах мирового океана, если температура верхнего слоя морской воды близка к 24°С, в качестве летучей тяжелой жидкости вместо дифтордибромметана могут использовать перфторопентан. Последний имеет несколько более низкую плотность 1,62 г/см3, но более высокую температуру конденсации равную 29,3°С. Иначе конденсатор 130 должен быть погружен на большие глубины, где морская вода холоднее в любое время года).Organic vapors formed in the steam boiler 120 when the difluorodibromomethane transitions from a liquid to a gaseous state, rise along the heat-insulated channel 122 to the condenser 130 installed under the drilling platform 120, in the upper layer of sea water, having an average daily summer temperature from 12 to 14 ° C. (In the case of natural gas production at low latitudes of the ocean, if the temperature of the upper seawater layer is close to 24 ° C, perfluoropentane can be used as a volatile heavy liquid instead of difluorodibromomethane. The latter has a slightly lower density of 1.62 g / cm 3 , but higher condensing temperature equal to 29.3 ° C. Otherwise, condenser 130 should be immersed to great depths, where sea water is colder at any time of the year).

Для улучшения условий теплоотведения при конденсации дифтордибромметана, конденсатор 130 омывается морской водой, прокачиваемой через последний посредством внешнего гребного винта 135.To improve the conditions of heat removal during the condensation of difluoride bromomethane, the condenser 130 is washed by seawater pumped through the latter by means of an external propeller 135.

Дифтордибромметан 80, преобразуемый таким образом в жидкое состояние, скапливается в подводном хранилище 140, откуда он подается для компрессии природного газа по вертикальной напорной трубе 122 на основание подводного вертикального сосуда 111В, прилегающего к сосуду 111А, причем указанный сосуд 111В будет полностью заполнен к тому времени метаном в процессе опорожнения рабочего пространства этого вертикального цилиндра от основного объема его предыдущего жидкого содержимого.Difluorodibromomethane 80, thus converted into a liquid state, accumulates in underwater storage 140, from where it is fed to compress natural gas through a vertical pressure pipe 122 to the bottom of an underwater vertical vessel 111B adjacent to vessel 111A, and the specified vessel 111B will be completely filled by that time methane in the process of emptying the working space of this vertical cylinder from the main volume of its previous liquid contents.

Для этой цели жидкий дифтордибромметан подается из подводного хранилища 140 под слоем 60 имеющего низкую температуру замерзания водно-солевого вещества, остающегося в сосуде 111В, который экранирует поднимающийся столб этой летучей жидкости.For this purpose, the liquid difluorodibromomethane is supplied from the underwater storage 140 under a layer 60 of a low freezing point of the water-salt substance remaining in the vessel 111B, which screens the rising column of this volatile liquid.

В некоторых вариантах осуществления система 100 содержит подающий модуль 125, который может содержать газификатор 120, например паровой котел 120, выполненный с возможностью газификации повышающей давление жидкости; конденсатор 130, расположенный на определенной глубине под водой и выполненный с возможностью конденсации газифицированной повышающей давление жидкости 80А; теплоизолированный трубопровод 122, выполненный с возможностью подачи газифицированной повышающей давление жидкости 80А от газификатора 120 к конденсатору 130; и контейнер 140, например подводное хранилище 140, выполненный с возможностью приема конденсированной повышающей давление жидкости 80 и гравитационной подачи повышающей давление жидкости 80 в клапанную систему 114 (например, к клапанам 114В).In some embodiments, system 100 comprises a feed module 125, which may include a gasifier 120, such as a steam boiler 120, configured to gasify a pressurizing fluid; a condenser 130 located at a certain depth under water and configured to condense a gasified pressurizing fluid 80A; thermally insulated pipeline 122, configured to supply a gasified pressurizing fluid 80A from the gasifier 120 to the condenser 130; and a container 140, such as underwater storage 140, configured to receive condensed pressure boosting fluid 80 and gravity feed pressure boosting fluid 80 to the valve system 114 (for example, to valves 114B).

Благодаря поднятию уровня дифтордибромметана 80 в цилиндре 111, объем, не затопленный жидкой средой над поверхностью двойного жидкостного экрана (слои 60 и 70), покрывающего столб неводной жидкости 80, начинает постепенно сокращаться. Это приводит к компрессии метана 90, содержащегося в сосуде 111В. При заполнении вертикального сосуда 111 жидкой средой 80 до 90%, давление метана 90, сохраняющегося над поверхностью слоя 70 гексана, повышается в десять раз. Однако для повышения температуры сжижения природного газа с -161,5°С (точка его сжижения при атмосферном давлении) до максимально возможной, т.е. критической точки (-82,5°С), его давление должно быть доведено по меньшей мере до 4,49 МПа.By raising the level of difluorodibromomethane 80 in cylinder 111, the volume not flooded with liquid medium above the surface of the double liquid screen (layers 60 and 70) covering the non-aqueous liquid column 80 begins to shrink gradually. This leads to compression of methane 90 contained in the 111B vessel. When a vertical vessel 111 is filled with a liquid medium 80 to 90%, the pressure of methane 90, which is maintained above the surface of the layer 70 of hexane, increases tenfold. However, to raise the liquefaction temperature of natural gas from -161.5 ° С (liquefaction point at atmospheric pressure) to the maximum possible, i.e. critical point (-82.5 ° C), its pressure should be increased to at least 4.49 MPa.

Таким образом, над поверхностью водно-солевого вещества 60, экранируемого жидким углеводородом 70, должно оставаться только около 2,2% свободного геометрического пространства вертикального сосуда 111. Природный газ 90, сжатый до 4,5 МПа, может быть полностью сжижен при его последующем охлаждении до температуры порядка -83°С. В некоторых вариантах осуществления может использоваться несколько сосудов 111 для осуществления нескольких этапов компрессии, обеспечиваю- 7 029258Thus, only about 2.2% of the free geometric space of a vertical vessel 111 should remain above the surface of the water-salt substance 60 shielded by liquid hydrocarbon 70. Natural gas 90, compressed to 4.5 MPa, can be completely liquefied upon its subsequent cooling. to a temperature of about -83 ° C. In some embodiments, several vessels 111 can be used to implement several stages of compression, providing 7 029258

щих постепенную компрессию природного газа 90.natural gas compression 90.

В некоторых вариантах осуществления контейнер 140 может быть выполнен с возможностью обеспечения определенного перепада над сосудами 111, предназначенной для того, чтобы обеспечить подачу с помощью гравитации повышающей давление жидкости 80 в сосуды 111. Например, для достижения такой степени компрессии природного газа, уровень жидкого дифтордибромметана 80 в подводном хранилище 140 (сообщающемся по вертикальной напорной трубе 122 с каким-либо из вертикальных рабочих сосудов 111, в которых сжимаются газы 90, 50, 40), для того, чтобы уравновесить такое давление, должен превышать высотную отметку поверхности двойного жидкостного экрана (60, 70), покрывающего столб летучей жидкости, поддерживающей сжатый газ 90А, с перепадом как минимум 201 м, принимая во внимание, что плотность такой неводной среды превышает плотность воды в 2,28 раза.In some embodiments, the container 140 may be configured to provide a certain differential over the vessels 111, designed to allow gravity to pressurize the fluid 80 to the vessels 111. For example, to achieve this degree of compression of natural gas, the level of liquid difluorodibromomethane 80 in the underwater storage 140 (communicating via a vertical pressure pipe 122 with any of the vertical working vessels 111 in which the gases 90, 50, 40 are compressed), in order to balance this pressure must exceed the surface elevation of the double liquid screen (60, 70) covering the volatile liquid column supporting the compressed gas 90A, with a drop of at least 201 m, taking into account that the density of such a non-aqueous medium exceeds the density of water 2.28 times .

Таким образом, при использовании дифтордибромметана в качестве рабочей среды 80 такого термодинамического цикла, нижняя часть подводного хранилища 140 такой тяжелой жидкости 80 должна быть вертикально разнесена относительно его верхнего уровня в вертикальных сосудах 111 с перепадом, по меньшей мере, 201 м (при коэффициенте сжатия природного газа, равном 45, т.е., от атмосферного давления 0,1 МПа до его рабочей величины 4,5 МПа).Thus, when using difluorodibromomethane as the working medium 80 of such a thermodynamic cycle, the lower part of the underwater storage 140 of such a heavy liquid 80 should be vertically spaced relative to its upper level in vertical vessels 111 with a difference of at least 201 m gas, equal to 45, i.e., from atmospheric pressure 0.1 MPa to its working value of 4.5 MPa).

В некоторых вариантах осуществления, в которых используется в качестве повышающей давление жидкости 80 вместо дифтордибромметана перфторопентан на морских газовых месторождениях на тропических широтах (как более легко конденсируемая жидкость), это падение высоты должно быть в 1,4 раз больше, т.е. 283 м, принимая во внимание, что плотность перфторопентана равна 1,62 г/см3, а не 2,28 г/см3.In some embodiments, in which perfluoropentane is used as a pressurizing fluid 80 instead of difluorodibromomethane at offshore gas fields at tropical latitudes (as a more easily condensable liquid), this drop in height should be 1.4 times greater, i.e. 283 m, taking into account that the density of perfluoropentane is 1.62 g / cm 3 , and not 2.28 g / cm 3 .

С увеличением морской глубины, близость морского дна к буровой платформе 20 не ограничивает падение высоты между столбами тяжелой жидкости 80, используемой в таких сообщающихся сосудах 111. Кроме того, в качестве рабочей среды в термодинамических циклах могут использоваться другие летучие жидкости 80 еще более низкой плотности, например гексафторохлорбромпропан (плотность 1,55 г/см3). Их пары 80А могут конденсироваться в верхних (наиболее нагреваемых солнечным излучением) слоях морской воды даже в самые жаркие летние дни (температура конденсации гексафторохлорбромпропана составляет 35,7 °С). В этом случае вертикальные сосуды 111, в которых природный газ 90 претерпевает сжатие до такого давления, могут быть погружены на еще большую глубину до тех пор, пока они не достигнут морского дна.With increasing sea depth, the proximity of the seabed to the drilling platform 20 does not limit the fall in height between the pillars of heavy fluid 80 used in such communicating vessels 111. In addition, other volatile liquids 80 of even lower density can be used as the working medium in thermodynamic cycles for example, hexafluorochlorbromopropane (density 1.55 g / cm 3 ). Their 80A vapors may condense in the upper (most heated by solar radiation) layers of seawater even on the hottest summer days (the condensation temperature of hexafluorochlorobromopropane is 35.7 ° C). In this case, vertical vessels 111, in which natural gas 90 undergoes compression to such a pressure, can be immersed to an even greater depth until they reach the seabed.

В других вариантах осуществления, в случае подводной добычи газа в прибрежной зоне на малых глубинах, может использоваться еще более тяжелая неводная жидкость 80, например дибромфторметан (плотность 2,42 г/см3, точка кипения 64,5°С), используемая для заполнения И-образной гидравлической системы с тем, чтобы понизить высоту такой водонапорной башни. В этих вариантах осуществления Иобразную форму могут иметь по меньшей мере несколько сосудов 111, чтобы понизить необходимый определенный перепад для гравитационной подачи повышающей давление жидкости 80. В этом случае разница уровней жидкого содержимого таких сообщающихся сосудов еще меньше, и перепад в 194 м может быть достаточным. При использовании трибромфторметана (плотность 2,71 г/см3, точка кипения 105°С) эта разница составляет несколько меньше 170 м и т.д. Аналогичным образом, повышающая давление жидкость 80 может быть выбрана таким образом, чтобы обеспечить работу для данного морской местоположения и рельефа, и аналогичным образом могут быть сконструированы сосуды 111. Повышающая давление жидкость 80 и сосуды 111 могут быть сконструированы и выбраны для обеспечения необходимого перепада повышающей давление жидкости 80 применительно по меньшей мере к одному из сосудов 111 в заданном морском местоположении.In other embodiments, in the case of underwater gas production in the coastal zone at shallow depths, an even heavier non-aqueous liquid 80, such as dibromofluoromethane (density 2.42 g / cm 3 , boiling point 64.5 ° C), used to fill I-shaped hydraulic system in order to lower the height of such a water tower. In these embodiments, at least several vessels 111 may have an imaginative form in order to lower the necessary specific differential for gravity supply of pressure-increasing fluid 80. In this case, the difference in the levels of liquid contents of such communicating vessels is even smaller, and a difference of 194 m may be sufficient. When using tribromofluoromethane (density 2.71 g / cm 3 , boiling point 105 ° C), this difference is slightly less than 170 m, etc. Likewise, pressure boosting fluid 80 can be selected to provide operation for a given marine location and topography, and vessels 111 can be similarly constructed. Pressure boosting liquid 80 and vessels 111 can be designed and selected to provide the necessary pressure boost liquids 80 as applied to at least one of the vessels 111 at a predetermined sea location.

Когда при работе запорных клапанов 114А давление становится 4,5 МПа, природный газ, попеременно сжимаемый до этого давления в вертикальных сосудах 111, выпускается из них для охлаждения и конденсации.When the pressure becomes 4.5 MPa during the operation of shut-off valves 114A, natural gas, alternately compressed to this pressure in vertical vessels 111, is released from them for cooling and condensation.

Предварительное охлаждение сжатого природного газа 90А может быть реализовано в теплообменнике 150А, установленном на глубине, превышающей 100 м. Это может быть объяснено тем фактом, что запас теплой воды в мировом океане с температурой 10°С и выше составляет только около 8% его общего объема. Он сконцентрирован в верхнем слое морской воды толщиной меньше 100 м. Ниже этого слоя, с увеличением глубины, температура воды постепенно падает до 1-3°С. Эта температура соответствует около 75% всего объема мирового океана. Такой температурный режим в глубоководной части морей и океанов остается практически неизменным круглый год и в течение суток. Соответственно, посредством прокачки такого бесплатного хладоносителя через теплообменник 150А с помощью гребного винта 155А, температура проходящего через него сжатого природного газа может быть понижена до 3-5°С.Pre-cooling of compressed natural gas 90A can be implemented in a heat exchanger 150A installed at a depth exceeding 100 m. This can be explained by the fact that the supply of warm water in the world's oceans with temperatures of 10 ° C and above is only about 8% of its total volume . It is concentrated in the upper layer of seawater with a thickness of less than 100 m. Below this layer, with increasing depth, the water temperature gradually drops to 1-3 ° C. This temperature corresponds to about 75% of the total world ocean. Such a temperature regime in the deep-sea part of the seas and oceans remains practically unchanged throughout the year and throughout the day. Accordingly, by pumping such free coolant through heat exchanger 150A with the help of propeller 155A, the temperature of the compressed natural gas passing through it can be lowered to 3-5 ° C.

Газообразное вещество, предварительно сжатое до 4,5 МПа и охлажденное в теплообменнике 150А до 4°С, подается сначала на рекуперационный теплообменник 160А, а затем на хладообменник 166А, охлаждаемый путем испарения первого хладагента 51, например, жидкого этана в качестве конечного хладоносителя 50. Хладообменник 166А может быть расположен в петле циркуляции на ступени такого охлаждающего каскада, предшествующего сжижению метана. Следует отметить, что в настоящем документе термин "хладообменник" используется для обозначения теплообменника, служащего для охлаждения соответствующего вещества. Термин "хладоноситель" относится к любому из хладагентов в системе,The gaseous substance, previously compressed to 4.5 MPa and cooled in a heat exchanger 150A to 4 ° C, is first fed to a recovery heat exchanger 160A and then to a cold exchanger 166A cooled by evaporating the first refrigerant 51, for example, liquid ethane as the final coolant 50. The cold exchanger 166A can be located in a circulation loop on the stage of such a cooling cascade preceding the liquefaction of methane. It should be noted that, in this document, the term "cold exchanger" is used to refer to a heat exchanger serving to cool the relevant substance. The term "coolant" refers to any of the refrigerants in the system,

- 8 029258- 8 029258

например, первому и второму хладагентам 50, 40, а также к морской воде при различных температурах.for example, the first and second refrigerants 50, 40, as well as seawater at different temperatures.

Благодаря тому, что криогенная температура (-88,7°С) достигается в хладообменнике 166А при переходе жидкого этана 51 (предварительно дросселированного в регулирующем клапане 167А) из жидкого 51 в газообразное состояние 50, холодный природный газ, сжатый в вертикальных сосудах 111 до давления, близкого к критическому, становится жидкостью. После этого сжиженный метан 91 поступает, как готовый продукт, в подводное хранилище 92, откуда он впоследствии переправляется потребителям газовыми танкерами или доставляется на берег в жидком состоянии посредством подводных трубопроводов.Due to the fact that the cryogenic temperature (-88.7 ° C) is reached in the cold exchanger 166A during the transition of liquid ethane 51 (previously throttled in the control valve 167A) from liquid 51 to gaseous state 50, cold natural gas compressed in vertical vessels 111 to pressure close to critical, becomes liquid. After that, the liquefied methane 91 is delivered, as a finished product, to the underwater storage 92, from where it is subsequently shipped to consumers by gas tankers or delivered to the coast in a liquid state through underwater pipelines.

В качестве конечного хладоносителя, который может сжижать помимо этана сжатый природный газ, могут использоваться другие криогенные жидкости, например этилен (нормальная точка кипения 103,5°С) или перфторметан (нормальная точка кипения -127,9°С). При этом давление при компрессии метана не должно обязательно достигать 4,5 МПа: в этом случае, природный газ также могут сжижать при более низком давлении.Other cryogenic liquids, such as ethylene (normal boiling point 103.5 ° C) or perfluoromethane (normal boiling point -127.9 ° C) can be used as a final coolant that can liquefy compressed natural gas in addition to ethane. In this case, the pressure during the compression of methane does not necessarily reach 4.5 MPa: in this case, natural gas can also be liquefied at a lower pressure.

Соответственно, перепад, обеспеченный контейнером 140, т.е. разница высот между уровнями летучей тяжелой жидкости 80 в "водонапорной башни" (контейнере 140) и в сообщающихся с ней вертикальных сосудах 111, может быть также понижен.Accordingly, the differential provided by the container 140, i.e. the height difference between the levels of the volatile heavy liquid 80 in the “water tower” (container 140) and in the vertical vessels communicating with it 111 can also be lowered.

Газообразный этан 50, покидающий хладообменник 166А, передавший свою холодность предварительно охлажденному метану 90А, может подаваться для своего сжижения, реализуемого в этой моногоэтаповой системе точно таким же образом.Ethane gas 50 leaving the cold exchanger 166A, transferring its coldness to the pre-cooled methane 90A, can be supplied for its liquefaction, which is realized in this mono-stage system in exactly the same way.

Для этой цели, этан 50, покидающий хладообменник 166А после повторной газификации, подается на рекуперационный теплообменник 160А, где он сообщает свою остающуюся искусственную холодность сжатому метану. После этого, такой остаточный хладоноситель сжимается. Для этой цели, первый хладагент 50, например этан, всасывается в один из вертикальных сосудов 111 второго модуля 110В повышения давления газа, действующего согласно тем же принципам, что и первый модуль 110А повышения давления газа, с помощью сосудов 111, работающих в противофазах за счет того, что на них (более точно, на их основание) из хранилища 140 попеременно подается под слоем водно-солевого вещества жидкий дифтордибромметан.For this purpose, ethane 50, leaving the cold exchanger 166A after re-gasification, is fed to a recovery heat exchanger 160A, where it reports its remaining artificial coldness to compressed methane. After that, such residual coolant is compressed. For this purpose, the first refrigerant 50, for example ethane, is sucked into one of the vertical vessels 111 of the second gas pressure boosting module 110B, operating according to the same principles as the first gas pressure boosting module 110A, using pressure vessels 111, working in antiphases due to the fact that on them (more precisely, on their basis) from storage 140, liquid difluoridibromomethane is alternately fed under a layer of water-salt substance.

Первый охлаждающий модуль 115А, таким образом, содержит теплообменник 150А, снабженный винтом 155А, и рекуперационный теплообменник 160А с хладообменником 166А.The first cooling module 115A thus comprises a heat exchanger 150A, equipped with a screw 155A, and a heat recovery heat exchanger 160A with a cold exchanger 166A.

Объемы дифтордибромметана, выпускаемые из сосудов 111 после всасывания многократных порций этана, также подаются для повторной газификации в паровой котел 120. Оттуда органические пары такой летучей жидкости освобождаются посредством тепла внешнего теплоносителя (в данном случае, тепла водяного пара, конденсирующегося в змеевике 121) в конденсатор 130, установленный на верхнем уровне. Эта рабочая жидкость, сконденсированная в результате теплообмена с морской водой, скапливается снова в хранилище 140, откуда она подается для следующего заполнения одного из сосудов 111 второго модуля 110В для компрессии этана до повышенного давления.Volumes of difluorodibromomethane, discharged from the vessels 111 after suction of multiple portions of ethane, are also fed for re-gasification to the steam boiler 120. From there, the organic vapors of such volatile liquid are released by the heat of the external heat carrier (in this case, the heat of water vapor condensed in the coil 121) into the condenser 130, mounted on the top level. This working fluid, condensed as a result of heat exchange with seawater, accumulates again in storage 140, from where it is supplied for the next filling of one of the vessels 111 of the second module 110B for compressing ethane to elevated pressure.

В отличие от метана (в виде газа 90), этан (в качестве первого хладагента 50) более легко подвергается сжижению (точка кипения этой криогенной жидкости при атмосферном давлении не -161,5°С, как для метана, но почти в два раза выше, более точно, -88,6°С. Критическая температура сжижения этана положительна и равна 32,3°С, что почти всегда обеспечивает использование морской воды в качестве бесплатного хладоносителя для отведения тепла конденсации этана, сжатого до критического давления, на большей части мирового океана). В таких вариантах осуществления система 100 может функционировать с первым хладагентом 50 для охлаждения сжатого газа 90А, причем первый хладагент 50 может псевдоожижаться под действием низких температур окружающего моря.Unlike methane (in the form of gas 90), ethane (as the first refrigerant 50) is more easily liquefied (the boiling point of this cryogenic liquid at atmospheric pressure is not -161.5 ° C, as for methane, but almost twice as high more precisely, -88.6 ° C. The critical liquefaction temperature of ethane is positive and equal to 32.3 ° С, which almost always ensures the use of sea water as a free coolant for the removal of the heat of condensation of ethane, compressed to a critical pressure, for most of the world’s ocean). In such embodiments, system 100 may operate with a first refrigerant 50 to cool the compressed gas 90A, and the first refrigerant 50 may fluidize under the influence of low ambient sea temperatures.

Другие варианты осуществления могут быть предназначены для использования даже в самые жаркие летние дни на мелких участках некоторых естественных водоемов (например, в Каспийском море), на которых температура морской воды может повышаться до более высокого уровня.Other embodiments may be intended to be used even on the hottest summer days in shallow areas of some natural water bodies (for example, in the Caspian Sea), where sea temperature may rise to a higher level.

В этом случае даже этан 50, сжатый до критической величины давления (4,7 МПа) в вертикальных сосудах 111, не может быть легким образом сконденсирован с высокой эффективностью в компактном устройстве теплообменника посредством хладоносителя с таким низким охлаждающим потенциалом.In this case, even ethane 50, compressed to a critical pressure (4.7 MPa) in vertical vessels 111, cannot be easily condensed with high efficiency in a compact heat exchanger device by means of a coolant with such a low cooling potential.

Таким образом, для гарантированного поддержания высокой производительности процесса сжижения природного газа при любых метеорологических условиях работы морского газового месторождения, конденсация этана может также быть реализована с использованием искусственной холодности, образуемой на первой ступени такого охлаждающего каскада, при этом в качестве рабочей среды могут использоваться пропан или аммиак.Thus, to ensure the maintenance of high performance of the process of liquefying natural gas under any meteorological conditions of the offshore gas field, ethane condensation can also be implemented using artificial coldness formed in the first stage of such a cooling cascade, while propane can be used as a working medium. ammonia.

Для этой цели этан 50 может претерпевать сжатие в вертикальных сосудах 111 второго модуля 110В до более умеренного давления по сравнению с критическим давлением (4,7 МПа). Этан 50 может сначала охлаждаться посредством морской воды в теплообменнике 150В, снабженном винтом 155В, а затем этан 50 может подаваться в рекуперационный теплообменник 160В. Теплообменник 160В может быть выполнен с возможностью удаления остатков искусственной холодности, выполняемой хладообменником 166В посредством второго хладагента 41, например пропана, претерпевающего повторную газификацию в теплообменнике 166В. Второй хладагент 41 может быть проходить через предваритель- 9 029258For this purpose, ethane 50 may undergo compression in the vertical vessels 111 of the second module 110B to a more moderate pressure as compared to the critical pressure (4.7 MPa). Ethane 50 may first be cooled by seawater in a heat exchanger 150B fitted with a screw 155B, and then ethane 50 may be supplied to a heat recovery exchanger 160B. The heat exchanger 160B may be adapted to remove artificial coldness residues performed by the cold exchanger 166B by means of a second refrigerant 41, for example propane, undergoing re-gasification in the heat exchanger 166B. The second refrigerant 41 can be passed through the preheater - 9 029258

ное дросселирование (после его сжижения, как описано ниже) в регулирующем клапане 167В.Throttling (after liquefying as described below) in control valve 167B.

Второй охлаждающий модуль 115В, таким образом, содержит теплообменник 150В, снабженный винтом 155В, и рекуперационный теплообменник 160В с хладообменником 166В.The second cooling module 115B thus contains a heat exchanger 150B, equipped with a screw 155B, and a heat recovery heat exchanger 160B with a cold exchanger 166B.

Таким образом, сжатый первый хладагент 50 (например, этан) конденсируется в хладообменнике 166В за счет тепла, выделяющегося в результате фазового перехода второго хладагента (например, пропана) из жидкого 41 в газообразное состояние 40.Thus, the compressed first refrigerant 50 (for example, ethane) is condensed in the refrigerant 166B due to the heat generated by the phase transition of the second refrigerant (for example, propane) from the liquid 41 to the gaseous state 40.

Пропан 40, циркулирующий на первой ступени такого охлаждающего каскада, также является наиболее легко сжижаемым газом из всех хладоносителей, используемых в такой системе сжижения метана.Propane 40, circulating in the first stage of such a cooling cascade, is also the most easily liquefiable gas of all coolants used in such a methane liquefaction system.

Точка конденсации пропана при атмосферном давлении не является криогенной величиной. Она встречается в природе (-42,6°С) и довольно сравнима с метеорологическими условиями в атмосфере над Северно-Ледовитым океаном во время полярной ночи. Критической температура его сжижения равна 96,8°С. Давление его пара, соответствующее такой критической температуре, также значительно более низкое (4,1 МПа), чем для этана (4,7 МПа). Поэтому, не всегда имеет смысл сжимать пропан до давления, характерного для компрессии этана, в вертикальных сосудах 111 второго модуля 110В.Propane condensation point at atmospheric pressure is not a cryogenic value. It is found in nature (-42.6 ° C) and is quite comparable with the meteorological conditions in the atmosphere over the Arctic Ocean during the polar night. The critical liquefaction temperature is 96.8 ° C. Its vapor pressure, corresponding to such a critical temperature, is also significantly lower (4.1 MPa) than for ethane (4.7 MPa). Therefore, it does not always make sense to compress propane to a pressure characteristic of ethane compression in vertical vessels 111 of the second module 110B.

Аналогичным образом, сжижение пропана на первой ступени такого охлаждающего каскада может быть реализовано аналогичным, как для этана и метана, образом, но при более мягких технологических условиях. В то время как газ 90 (например метан) сжимается в сосудах 111 первого модуля 110А, а первый хладагент 50 (например этан) сжимается в сосудах 111 второго модуля 110В, второй хладагент 40 (например пропан) может претерпевать сжатие в сосудах 111 третьего модуля 110С.Similarly, propane liquefaction in the first stage of such a cooling cascade can be implemented in the same way as for ethane and methane, but under milder process conditions. While gas 90 (for example methane) is compressed in vessels 111 of the first module 110A, and the first refrigerant 50 (for example ethane) is compressed in vessels 111 of the second module 110B, the second refrigerant 40 (for example propane) can undergo compression in vessels 111 of the third module 110C .

Для этой цели используются два вертикальных сосуда 111 третьего модуля 110С повышения давления газа, работающие в противофазах. Газообразный второй хладагент 40 (например, пропан), попеременно засасываемый в них после повторной газификации (в хладообменнике 166В) и рекуперационного теплообмена (в теплообменнике 160В), сжимается в таких вертикальных цилиндрах до давления, которое тем выше, чем теплее морская вода, используемая для охлаждения этого газа в теплообменнике 150С, снабженном винтом 155С.For this purpose, two vertical vessels 111 of the third module 110C gas pressure boosting, working in antiphases, are used. The gaseous second refrigerant 40 (for example, propane), alternately sucked into them after re-gasification (in a 166B cold exchanger) and recuperative heat exchange (in a heat exchanger 160B), is compressed in such vertical cylinders to a pressure that is higher than the warmer sea water used for cooling this gas in a heat exchanger 150С, equipped with a screw 155С.

Пропан 40, попеременно сжимаемый в вертикальных сосудах 111, проходит предварительное охлаждение с помощью морской воды в теплообменнике 150С, а затем подается для сжижения, реализуемого в еще более глубоководном конденсаторе 160С, омываемом еще более холодной морской водой, прокачиваемой через него посредством винта 165.Propane 40, alternately compressed in vertical vessels 111, is pre-cooled with seawater in a 150C heat exchanger and then fed to liquefaction realized in an even deeper condenser 160C bathed in even colder seawater pumped through it by screw 165.

В этой связи может быть необходимо использовать более холодную морскую воду, когда конденсатор 160С закреплен на значительно более низкой геодезической отметке, чем теплообменник 150С, что обеспечивает высокую эффективность конденсации пропана в любое время года и в течение суток. В других вариантах осуществления охлаждающий модуль 115С может быть сконфигурирован аналогичным с охлаждающим модулем 115В образом. В некоторых вариантах осуществления (например, если первый хладагент 50 может быть достаточно охлажден при глубинных морских температурах), охлаждающий модуль 115В может быть сконфигурирован как проиллюстрированный охлаждающий модуль 115С.In this regard, it may be necessary to use colder sea water when the condenser 160C is fixed at a significantly lower geodetic level than the 150C heat exchanger, which ensures high efficiency of propane condensation at any time of the year and during the day. In other embodiments, the cooling module 115C may be configured in the same manner as the cooling module 115B. In some embodiments (for example, if the first refrigerant 50 can be sufficiently cooled at deep sea temperatures), the cooling module 115B can be configured as the illustrated cooling module 115C.

Пропан 41, сжиженный таким образом в конденсаторе 160С (за счет бесплатного охлаждающего потенциала глубинной морской воды), проходит дросселирование в регулирующем клапане 167В и подается после этого на хладообменник 166В.Propane 41, thus liquefied in the condenser 160C (due to the free cooling potential of the deep sea water), is throttled in the control valve 167B and then supplied to the 166B refrigeration unit.

Кипящий при атмосферном давлении в хладообменнике 166В пропан (нормальная точка кипения жидкого пропана равна -42,6°С), переходя из жидкого в газообразное состояние, забирает тепло конденсации от этана. Это приводит к сжижению такого хладоносителя, предварительно сжатого в вертикальных сосудах 111 второго модуля 110В, находящегося в петле циркуляции второй ступени подводного охлаждающего каскада.Propane boiling at 166B at atmospheric pressure (the normal boiling point of liquid propane is -42.6 ° C), changing from liquid to gaseous state, takes the heat of condensation from ethane. This leads to the liquefaction of such a coolant, previously compressed in vertical vessels 111 of the second module 110B, which is in the circulation loop of the second stage of the underwater cooling cascade.

Конечная рекуперация искусственной холодности, удаленной из хладообменника 166В парами пропана, выполняется в рекуперационном теплообменнике 160В за счет обмена холодностью между газообразным пропаном и сжатым этаном, подаваемым для конденсации.The final recovery of the artificial coldness removed from the cold exchanger 166B with propane vapor is carried out in the recovery heat exchanger 160B due to the exchange of coldness between the propane gas and compressed ethane supplied for condensation.

Третий охлаждающий модуль 115С, таким образом, содержит теплообменник 150С, снабженный винтом 155С, и глубоководный конденсатор 160С с винтом 165.The third cooling module 115C, therefore, contains a heat exchanger 150С, equipped with a screw 155С, and a deep-water condenser 160С with a screw 165.

Пропан 41, повторно газифицированный таким образом в хладообменнике 166В, возвращается для компрессии в один из вертикальных сосудов 111 третьего модуля 110С, т.е. в начало технологического процесса, таким образом, замыкая петлю циркуляции хладоносителя, который является рабочей средой первой ступени подводного охлаждающего каскада.Propane 41, thus re-gasified in the cold exchanger 166B, is returned for compression into one of the vertical vessels 111 of the third module 110C, i.e. at the beginning of the process, thus closing the coolant circulation loop, which is the working medium of the first stage of the underwater cooling cascade.

Таким образом, обеспечиваются высокие стандарты добычи и безотказная работа оборудования, причем все охлаждающие агенты (например, первый и второй хладагенты 50, 40), используемые в таком многоступенчатом технологическом каскаде, практически не расходуются, поскольку циклы их циркуляции применительно к этим веществам являются практически полностью замкнутыми.Thus, high standards of production and trouble-free operation of the equipment are ensured, and all cooling agents (for example, the first and second refrigerants 50, 40) used in such a multi-stage process cascade are practically not consumed, since their circulation cycles for these substances are almost completely closed

Предпочтительно использование изобретения может позволить преодолеть хорошо известные недостатки традиционных многоэтаповых способов каскадного сжижения природного газа не только благодаря необходимости размещения охлаждающего оборудования на рабочей площадке буровой платформы крайне ограниченной производственной площади, но также благодаря деградации жесткой связиPreferably, the use of the invention may allow to overcome the well-known disadvantages of traditional multi-stage methods of cascade liquefaction of natural gas, not only due to the need to accommodate cooling equipment on the working platform of a drilling platform of extremely limited production area, but also due to the degradation of rigid communication

- 10 029258- 10 029258

между уровнем его термодинамического совершенства и производственной мощностью модуля устройства сжижения метана в технологическом процессе согласно изобретению.between the level of its thermodynamic perfection and the production capacity of the module of the methane liquefaction device in the technological process according to the invention.

Кроме того, с ростом производительности и, таким образом, с увеличением высоты вертикальных подводных сосудов 111 модулей 110А, 110В и 110С (при разработке глубоководных и суперглубоководных морских газовых месторождений), цикличность процесса компрессии соответствующих газов еще больше снижается, и дополнительная компрессия всех рабочих сред каждой ступени охлаждающего каскада использует тепловую энергию вместо электрической мощности. Это поколение решений для морских газовых месторождений является несравнимо более дешевым, чем основанное на электричестве поколение, использующее дорогостоящие плавучие энергетические установки и электрический привод.In addition, with an increase in productivity and, thus, with an increase in the height of vertical submarine vessels 111 of modules 110А, 110В and 110С (during the development of deep-water and super-deep-sea gas fields), the cyclical nature of the compression process of the corresponding gases decreases even more and each stage of the cooling cascade uses thermal energy instead of electrical power. This generation of solutions for offshore gas fields is incomparably cheaper than the generation based on electricity, using expensive floating power plants and an electric drive.

Дополнительные преимущество размещения огромных рабочих цилиндров такого гидравлического компрессора в подводных условиях заключается в повышении эффективности удаления тепловой энергии газовой компрессии с ростом их габаритных вертикальных размеров. Дело в том, что большинство морских газовых месторождений, обнаруженных на настоящий момент, расположены в глубоких и сверхглубоких частях мирового океана, что позволяет возводить такие вертикальные сосуды 111 высотой сотни и тысячи метров. Таким образом, большая часть поверхности естественного теплообмена такого компрессионного оборудования с окружающей средой оказывается погруженной в морскую воду, имеющую круглогодичную температуру 1-3°С, что обеспечивает существенное снижение общего потребления энергии системой генерации искусственной холодности за счет отведения значительной части тепла, получаемого от природного газа, посредством такого бесплатного хладоносителя.An additional advantage of placing huge working cylinders of such a hydraulic compressor in underwater conditions is to increase the efficiency of removing thermal energy of gas compression with an increase in their overall vertical dimensions. The fact is that most of the offshore gas fields found at the moment are located in deep and ultra-deep parts of the world’s ocean, which makes it possible to erect such vertical vessels 111 with a height of hundreds and thousands of meters. Thus, a large part of the natural heat exchange surface of such compression equipment with the environment is immersed in seawater having a year-round temperature of 1-3 ° C, which ensures a significant reduction in the overall energy consumption of the artificial cold generation system by diverting a significant portion of the heat generated gas, through such free coolant.

Предпочтительно работа ниже уровня моря также уменьшает окружающую рабочую температуру. Таким образом, сжижение природного газа является более эффективным и, в частности, более термически эффективным, чем сжижение над морской поверхностью или на берегу.Preferably, working below sea level also reduces the surrounding working temperature. Thus, the liquefaction of natural gas is more efficient and, in particular, more thermally efficient than the liquefaction above the sea surface or onshore.

Кроме того, изобретение представляет особый интерес для разработки глубоководных и суперглубоководных морских газовых месторождений. Это обусловлено не только тем обстоятельством, что с ростом глубины моря температура морской воды уменьшается, и появляется возможность размещения более высоких вертикальных подводных сосудов 111, но также и тем, что растет гидростатическое давление. Таким образом, внутреннему давлению сжатого газа, содержащегося в каком-либо подводном сосуде, противодействует внешнее гидростатическое давление. Это уменьшает материалоемкость основного технологического оборудования, что делает его более дешевым и обеспечивает в то же время более высокую безопасность его работы.In addition, the invention is of particular interest for the development of deep-sea and super-deep-sea gas fields. This is due not only to the fact that the sea water temperature decreases with increasing depth of the sea, and it becomes possible to accommodate higher vertical submarine vessels 111, but also to the fact that the hydrostatic pressure increases. Thus, the internal pressure of the compressed gas contained in any submarine vessel is counteracted by external hydrostatic pressure. This reduces the consumption of materials for the main process equipment, which makes it cheaper and at the same time ensures higher safety of its operation.

Еще большие перспективы снижения потребления мощности при сжижении метана, добываемого на морском дне, возникают в случае разработки глубоководных морских газовых месторождений, расположенных в зонах повышенного термический активности земной коры. В этих случаях, кроме бурения газовых скважин, под морским дном с буровой платформы 20 могут осуществлять бурение скважин, достигающих пород с повышенной температурой. Когда организована циркуляция теплоносителя (который может осуществлять повторную газификацию, проходя через змеевик 121 парового котла 120, для такой летучей жидкости, как дифтордибромметан) в этом контуре, потребление ресурсов промышленного энергоснабжения при таком технологическом процессе становится еще меньше.Even greater prospects for reducing power consumption during the liquefaction of methane produced on the seabed, arise in the case of the development of deep-sea gas fields located in areas of increased thermal activity of the earth's crust. In these cases, in addition to the drilling of gas wells, under the seabed from the drilling platform 20 can drill wells that reach rocks with elevated temperatures. When the circulation of coolant (which can re-gasify, passing through the coil 121 of the steam boiler 120 for such a volatile liquid as difluorodibromomethane) in this circuit, the consumption of industrial energy resources in this process becomes even smaller.

Принимая во внимание, что сам метан является основным энергоносителем морских газовых месторождений, использование бесплатной тепловой энергии земной коры для замыкания компрессионных циклов для всех типов газообразных сред в способе компрессии природного газа согласно изобретению обеспечивает дополнительный прирост производственной мощности такой буровой платформы применительно к ее конечному продукту.Taking into account that methane itself is the main source of energy for offshore gas fields, the use of free thermal energy of the earth's crust to close compression cycles for all types of gaseous media in the natural gas compression method according to the invention provides an additional increase in the production capacity of such a drilling platform for its final product.

В некоторых вариантах осуществления использование настоящего изобретения обеспечивает разработку морских газовых месторождений, расположенных на расстоянии сотни и тысячи километров от океанского берега, независимо от глубины залегания природного газа. И, наконец, транспортировка одного килограмма газообразного метана на большие и сверхбольшие расстояния является несравнимо более дорогостоящей, чем транспортировка одного килограмма жидкого природного газа, поскольку плотность одного кубического метра газообразного метана составляет только 720 г/м3, в то время как один кубический метр жидкого метана весит около 450 кг, т.е. в 625 раз больше. Кроме того, сжиженный метан, В отличие от природного газа, является практически несжимаемым. Соответственно, при его перекачке в магистральных трубопроводах основное потребление мощности для его подачи на большие расстояния связано с преодолением сил трения между такой имеющей крайне низкую вязкость жидкостью и внутренней поверхностью магистрали. В то же время при перекачке газообразного метана основное потребление мощности связано с его компрессией, а не с транспортировкой.In some embodiments, the implementation of the use of the present invention provides for the development of offshore gas fields located at a distance of hundreds and thousands of kilometers from the ocean coast, regardless of the depth of natural gas. Finally, transporting one kilogram of gaseous methane over large and extra-large distances is incomparably more expensive than transporting one kilogram of liquid natural gas, since the density of one cubic meter of gaseous methane is only 720 g / m 3 , while one cubic meter of liquid methane weighs about 450 kg, i.e. 625 times more. In addition, liquefied methane, Unlike natural gas, is practically incompressible. Accordingly, when it is pumped in trunk pipelines, the main power consumption for its delivery over long distances is associated with overcoming the friction forces between such an extremely low viscosity fluid and the inside surface of the line. At the same time, when pumping methane gas, the main power consumption is associated with its compression, and not with transportation.

Фиг. 5 представляет собой блок-схему высокого уровня, иллюстрирующую способ сжатия и сжижения газа 200 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. Способ 200 может содержать этап повышения давления газа, например природного газа или других газов, например этана или метана. Способ 200 может дополнительно содержать этап охлаждения сжатого газа для его сжижения. Например, давление газа может превысить его критическую точку, и охлаждение сжатого газа может, таким образом, вызывать сжижение газа. В некоторых вариантах осуществления способ 200 может содержать этапFIG. 5 is a high level block diagram illustrating a method of compressing and liquefying gas 200 according to some embodiments of the invention. Method 200 may include the step of increasing the pressure of a gas, such as natural gas or other gases, such as ethane or methane. Method 200 may further comprise the step of cooling the pressurized gas to liquefy it. For example, the gas pressure may exceed its critical point, and cooling the compressed gas may thus liquefy the gas. In some embodiments, method 200 may comprise

- 11 029258- 11 029258

сжатия и сжижения природного газа, как проиллюстрировано в не ограничивающем примере ниже.compression and liquefaction of natural gas, as illustrated in the non-limiting example below.

Способ 200 содержит этап повышения давления газа по меньшей мере в одном вертикальном сосуде (этап 210), например этап повышения давления природного газа (этап 211) посредством циклически выполняемых этапов (этап 235): (ί) вводят газ в верхнюю часть по меньшей мере одного вертикального сосуда (этап 212); (ίί) вводят повышающую давление жидкость в нижнюю часть по меньшей мере одного вертикального сосуда для повышения давления газа (этап 215); отделяют повышающую давление жидкость от газа посредством слоя не смешивающейся с водой жидкости на слое водно-соляного раствора (этап 220); и откачивают газ повышенного давления через верхнее отверстие после достижения заданного давления (этап 230). Этап повышения давления могут выполнять циклическим образом (этап 235), например, посредством введения газа с помощью откачки повышающей давление жидкости из нижней части по меньшей мере одного вертикального сосуда (этап 216). Таким образом, в природном газе могут непрерывно повышать давление посредством введения и откачки повышающей давление жидкости.Method 200 comprises the step of increasing the gas pressure in at least one vertical vessel (step 210), for example the step of increasing the pressure of natural gas (step 211) through cyclically performed steps (step 235): (ί) inject gas into the top of at least one a vertical vessel (step 212); (ίί) inject a pressure-boosting fluid into the bottom of at least one vertical vessel to increase the gas pressure (step 215); separating the pressurizing fluid from the gas through a layer of a water-immiscible liquid on the brine layer (step 220); and pumping the pressurized gas through the upper port after reaching the predetermined pressure (step 230). The pressure boosting step may be performed cyclically (step 235), for example, by introducing gas by pumping a pressure-boosting fluid from the bottom of at least one vertical vessel (step 216). Thus, in natural gas, pressure can be continuously increased by introducing and pumping a pressure-increasing fluid.

В некоторых вариантах осуществления способ 200 может дополнительно содержать следующие этапы: выбирают повышающую давление жидкость так, чтобы она имела более высокую плотность, чем плотность водно-соляного раствора (этап 222); выбирают водно-соляной раствор так, чтобы он имел более высокую плотность, чем плотность не смешивающейся с водой жидкости (этап 224); и выбирают не смешивающуюся с водой жидкость так, чтобы она имела более высокую плотность, чем плотность газа (этап 226) для удержания газа сверху слоя несмешивающейся с водой жидкости, слоя не смешивающейся с водой жидкости сверху слоя водно-соляного раствора и слоя водно-соляного раствора сверху повышающей давление жидкости (этап 228).In some embodiments, method 200 may further comprise the following steps: select a pressurizing fluid so that it has a higher density than the density of the brine (step 222); select the hydrochloric solution so that it has a higher density than the density of the water-immiscible liquid (step 224); and choose a water-immiscible liquid so that it has a higher density than the gas density (step 226) to hold the gas on top of the layer of water-immiscible liquid, layer of water-immiscible liquid on top of the layer of brine and the layer of brine the solution on top of the pressurizing fluid (step 228).

В некоторых вариантах осуществления способ 200 может дополнительно содержать этап подачи откаченной повышающей давление жидкости посредством газификации, подачи вверх, конденсации и подачи вниз, содержащий следующие этапы: подают откаченную повышающую давление жидкость назад в нижнюю часть сосуда (этап 240); выполняют газификацию откаченной повышающей давление жидкости (этап 242); подают газифицированную повышающую давление жидкость вверх в изолированной трубе (этап 244); конденсируют газифицированную повышающую давление жидкость (этап 246); подают конденсированную повышающую давление жидкость вниз (этап 248) и выбирают повышающую давление жидкость, а также проектируют сосуды для обеспечения определенного перепада повышающей давление жидкости применительно по меньшей мере к одному сосуду в данном морском местоположении (этап 249).In some embodiments, method 200 may further comprise the step of pumping an evacuated pressurizing fluid through gasification, conveying upward, condensing, and feeding downward, comprising the following steps: pumping the evacuated booster fluid back to the bottom of the vessel (step 240); gasifying the evacuated pressurization fluid (step 242); gasified pressurization fluid is fed up into the insulated pipe (step 244); condensing the gasified pressurization fluid (step 246); the condensed pressure boosting fluid is fed down (step 248) and pressure boosting fluid is selected, and vessels are designed to provide a certain pressure drop boost fluid for at least one vessel in the marine location (step 249).

В некоторых вариантах осуществления способ 200 может дополнительно содержать следующие этапы: выполняют сжижение природного газа повышенного давления посредством охлаждения с помощью первого хладагента (этап 250) и выбирают первый хладагент так, чтобы он имел критическую точку при более высокой температуре, чем природный газ (этап 255). Этап охлаждения с помощью первого хладагента (этап 250) может содержать этап, на котором выполняют газификацию первого хладагента для охлаждения природного газа повышенного давления (этап 252).In some embodiments, method 200 may further comprise the following steps: liquefying natural gas of elevated pressure by cooling with the first refrigerant (step 250) and selecting the first refrigerant so that it has a critical point at a higher temperature than natural gas (step 255 ). The cooling step with the first refrigerant (step 250) may comprise the step of gasifying the first refrigerant to cool the pressurized natural gas (step 252).

В некоторых вариантах осуществления способ 200 может дополнительно содержать следующие этапы: повышают давление первого хладагента (этап 257) и выполняют сжижение первого хладагента повышенного давления посредством охлаждения вторым хладагентом (этап 260). Способ 200 может дополнительно содержать этап, на котором выбирают второй хладагент так, чтобы он имел свою критическую точку при более высокой температуре, чем первый хладагент (этап 265). Охлаждение посредством второго хладагента (этап 260) может содержать этап, на котором выполняют газификацию второго хладагента для охлаждения природного газа повышенного давления (этап 262).In some embodiments, method 200 may additionally comprise the following steps: increase the pressure of the first refrigerant (step 257) and liquefy the first refrigerant of increased pressure by cooling the second refrigerant (step 260). Method 200 may further comprise the step of selecting the second refrigerant so that it has its critical point at a higher temperature than the first refrigerant (step 265). Cooling with a second refrigerant (step 260) may include a step in which gasification of the second refrigerant is performed to cool the pressurized natural gas (step 262).

В некоторых вариантах осуществления способ 200 может дополнительно содержать следующие этапы: повышают давление второго хладагента (этап 267) и выполняют сжижение второго хладагента повышенного давления посредством охлаждения с помощью морской воды (этап 270).In some embodiments, method 200 may further comprise the following steps: increase the pressure of the second refrigerant (step 267) and liquefy the second refrigerant of increased pressure by cooling with seawater (step 270).

Предпочтительно компрессия посредством повышающей давление жидкости 80 превосходит компрессию в токовых поршнях или в другом механическом компрессионном модуле в следующих аспектах. Во-первых, тепловая энергия компрессии рассеивается в жидкости и в море, и не разрушает движущиеся части (например, подшипники, изоляционные кольца и т.п.). Во-вторых, введение газа посредством откачки повышающей давление жидкости 80 является более эффективным, чем использование обратного хода поршневой системы, в частности, при высоких рабочих скоростях. Также, компрессия с помощью жидкости более масштабируема, чем с помощью поршневой системы, в которой могут возникать трудности, обусловленные растущей инертности поршневой головки. Наконец, благодаря сокращению количества механических частей, подводной работе и пожароустойчивой природе, по меньшей мере, нескольких из пригодных повышающих давление жидкостей 80, раскрытые системы и способы являются значительно более безопасными, чем современные системы.Preferably, compression by pressurizing fluid 80 is superior to compression in current pistons or in another mechanical compression module in the following aspects. First, the heat energy of compression is dissipated in liquid and in the sea, and does not destroy moving parts (for example, bearings, insulating rings, etc.). Secondly, the introduction of gas by pumping the pressure-increasing fluid 80 is more efficient than using the return stroke of the piston system, in particular at high operating speeds. Also, fluid compression is more scalable than with a piston system, in which difficulties may arise due to the increasing inertia of the piston head. Finally, by reducing the number of mechanical parts, underwater work, and the fire-resistant nature of at least a few of the suitable pressure boosting fluids 80, the disclosed systems and methods are much safer than modern systems.

Предпочтительно задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы ослабить падение уровня энергоэффективности процесса с повышением его производительности, упростить аппаратное представление, понизить потребление электроэнергии системой сжижения природного газа, а также повысить степень безопасности морских газовых месторождений.Preferably the objective of the present invention is to reduce the drop in the level of energy efficiency of the process with an increase in its performance, simplify the hardware representation, reduce the electricity consumption of the natural gas liquefaction system, and increase the degree of safety of offshore gas fields.

В некоторых вариантах осуществления предложены подводные модули повышения давления газа иIn some embodiments, the implementation of the proposed underwater modules increase the pressure of the gas and

- 12 029258- 12 029258

системы сжижения, а также предложены способы повышения давления и сжижения. Г аз сжимается гидравлическим образом посредством введенной морской воды, действующей в качестве повышающей давление жидкости 80, отделенной от газа посредством слоя несмешивающейся с водой жидкости. Морская вода подается гравитационно под действием глубоководного морского давления; при этом поднимающаяся вода сжимает газ в верхней части компрессионных сосудов. Для достижения высокого коэффициента сжатия, понижающего температуру сжижения, могут использоваться высокие, по возможности, вертикальные спиралевидные сосуды. Охлаждающие модули используются для сжижения сжатого газа, выполняемого, по возможности, с помощью хладагента, который сам имеет повышенное давление в результате аналогичного воздействия. Каскад, имеющий две или более ступени компрессионных и охлаждающих модулей, может использоваться для обеспечения последующего охлаждения посредством окружающей морской воды. В некоторых вариантах осуществления хладагент может быть выбран таким образом, чтобы обеспечивать сжижение при температурах окружающей морской воды. Размеры и формы сосудов, хладагенты и реализация охлаждающих модулей выбираются в соответствии с морским местоположением, чтобы обеспечить сжижение природного газа вблизи источника газа. Морская вода, используемая для повышения давления газа, может использоваться после откачки для повышения давления внутрипластового газа на этапах добычи.liquefaction systems, as well as ways to increase pressure and liquefaction. Gas is compressed hydraulically by means of injected seawater, which acts as a pressurizing fluid 80, separated from the gas by a layer of water-immiscible fluid. Sea water is gravitationally supplied by the action of deep sea pressure; at the same time the rising water compresses the gas in the upper part of the compression vessels. To achieve a high compression ratio lowering the liquefaction temperature, high, as far as possible vertical spiral vessels can be used. Cooling modules are used to liquefy compressed gas, which is carried out, if possible, with the help of a refrigerant, which itself has an increased pressure as a result of a similar effect. A cascade having two or more stages of compression and cooling modules can be used to provide subsequent cooling with the surrounding seawater. In some embodiments, the implementation of the refrigerant can be selected in such a way as to provide liquefaction at temperatures of the surrounding sea water. Vessel sizes and shapes, refrigerants and the implementation of cooling modules are selected in accordance with the marine location to ensure the liquefaction of natural gas near the gas source. The seawater used to increase the gas pressure can be used after pumping to increase the pressure of the in-situ gas during the production stages.

Фиг. 6 представляет собой структурную блок-схему высокого уровня подводного модуля 110 повышения давления газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. Подводный модуль 110 повышения давления газа содержит по меньшей мере один сосуд 111, проиллюстрированный на фиг. 6 в двух рабочих состояниях, обозначенных номером позиции 111А для повышения давления газа и 111В для всасывания газа, что пояснено ниже. Сосуд 111 выполнен с возможностью приема газа 90 через верхнюю часть 112 сосуда, например через верхнее отверстие, и морской воды 80 через нижнюю часть 113 сосуда, например через нижнее отверстие. В некоторых вариантах осуществления морская вода 80 используется в качестве повышающей давление жидкости 80 в контексте раскрытых выше вариантов осуществления.FIG. 6 is a structural block diagram of a high level of subsea gas pressure boosting module 110 according to some embodiments of the invention. Underwater gas pressure boosting module 110 contains at least one vessel 111 illustrated in FIG. 6 in two working conditions, indicated by the number of the position 111A for increasing the gas pressure and 111B for the suction of gas, which is explained below. The vessel 111 is configured to receive gas 90 through the upper part 112 of the vessel, for example through the upper opening, and sea water 80 through the lower part 113 of the vessel, for example through the lower opening. In some embodiments, seawater 80 is used as a pressure boosting fluid 80 in the context of the embodiments disclosed above.

Подводный модуль 110 повышения давления газа содержит клапанную систему 114, имеющую верхнюю подсистему 114А, имеющую сообщение по текучей среде с верхней частью 112 сосуда 111, и нижнюю подсистему 114В, имеющую сообщение по текучей среде с нижним отверстием 113. Подсистемы 114А, 114В выполнены с возможностью контроля и регулирования введения и откачки газа 90 и морской воды 80, соответственно. Клапанная система 114 выполнена с возможностью повышения давления газа 90 посредством введения морской воды 80 в сосуд 111, откачки газа 90А повышенного давления через верхнее отверстие 112 после достижения заданного давления и введения газа 90 в сосуд посредством откачки морской воды 80 через нижнюю часть 113 сосуда 111.The subsea gas pressure boosting module 110 comprises a valve system 114 having an upper subsystem 114A having fluid communication with the upper part 112 of the vessel 111, and a lower subsystem 114B having fluid communication with the lower opening 113. The subsystems 114A, 114B are configured to control and regulation of the introduction and pumping of gas 90 and sea water 80, respectively. The valve system 114 is configured to increase the pressure of the gas 90 by introducing seawater 80 into the vessel 111, pumping the pressurized gas 90A through the upper opening 112 after reaching a predetermined pressure and introducing the gas 90 into the vessel by pumping seawater 80 through the lower part 113 of the vessel 111.

Сосуд 111 дополнительно содержит слой не смешивающейся с водой жидкости 70, предназначенный для отделения морской воды 80 от газа 90 в процессе повышения давления и всасывания газа 90. Жидкость 70 выбирают таким образом, чтобы она имела плотность, промежуточную между плотностями морской воды 80 и газа 90. Выбранная плотность (при рабочих температурах и давлениях) должна обеспечить удержание слоя не смешивающейся с водой жидкости 70 сверху морской воды 80.The vessel 111 further comprises a layer of water-immiscible liquid 70, designed to separate seawater 80 from gas 90 in the process of pressurizing and sucking gas 90. Liquid 70 is chosen so that it has a density intermediate between the density of seawater 80 and gas 90 The chosen density (at operating temperatures and pressures) should ensure the retention of a layer of water-immiscible liquid 70 on top of sea water 80.

В некоторых вариантах осуществления газ 90 проходит предварительную очистку исходного сырья для удаления вредных примесей. Затем газ проходит компрессию (на 111) и конденсацию (на охлаждающих модулях 115, см. ниже).In some embodiments, the implementation of the gas 90 is pre-cleaning the source of raw materials to remove harmful impurities. The gas then undergoes compression (111) and condensation (on cooling modules 115, see below).

В некоторых вариантах осуществления несмешивающаяся с водой жидкость 70 может содержать алифатические или ароматические органические соединения или их смеси, и может иметь плотность меньше плотности морской воды и температуру замерзания ниже -20°С. Например, несмешивающаяся с водой жидкость 70 может быть выбрана из следующего перечня: гексан, изомеры гексана, гептан, изомеры гептана, толуол, их производные и их смеси.In some embodiments, the water-immiscible liquid 70 may contain aliphatic or aromatic organic compounds or mixtures thereof, and may have a density less than the density of seawater and a freezing point below -20 ° C. For example, the water-immiscible liquid 70 may be selected from the following list: hexane, hexane isomers, heptane, heptane isomers, toluene, their derivatives, and mixtures thereof.

Отсутствие каких-либо механических устройств с электрической проводкой, используемых для компрессии газообразных сред в способе сжижения метана, и их компрессия в подводных вертикальных сосудах за счет выдавливая газообразной фазы из сосудов посредством подачи морской воды 80 обеспечивают не только существенное снижение в цикличности работы таких поршневых компрессоров, не содержащих каких-либо движущихся механических частей, но также практически полностью устраняет потребление электроэнергии для реализации процесса. Кроме того, подводное расположение сосудов 111 высокого давления обеспечивает значительное снижение их материалоемкости (внешнее гидростатическое давление морской воды компенсирует внутреннее давление, что обеспечивает возможность изготовления такого оборудования с более тонкими стенками). Отсутствие высокоскоростного механического компрессорного оборудования с мощной электрической проводкой не только сокращает стоимость инструментальных конструкций для реализации процесса согласно изобретению, но также значительно повышает безопасность разработки такого подводного газового месторождения.The absence of any mechanical devices with electrical wiring used to compress the gaseous media in the methane liquefaction method, and their compression in submarine vertical vessels due to squeezing the gaseous phase out of the vessels by supplying sea water 80 provides not only a significant reduction in the cyclical operation of such piston compressors , not containing any moving mechanical parts, but also almost completely eliminates electricity consumption for the implementation process. In addition, the underwater arrangement of high-pressure vessels 111 provides a significant reduction in their material consumption (external hydrostatic pressure of seawater compensates for internal pressure, which makes it possible to manufacture such equipment with thinner walls). The lack of high-speed mechanical compressor equipment with powerful electrical wiring not only reduces the cost of tool structures for implementing the process according to the invention, but also significantly increases the safety of developing such an underwater gas field.

Предпочтительно все отличительные признаки настоящего изобретения по сути взаимосвязаны, а их упомянутые комбинации обеспечивают решение задачи изобретения. Изобретение, однако, не должно быть истолковано как ограниченное деталями реализации, приведенными в качестве примеров ниже.Preferably, all the distinctive features of the present invention are essentially interrelated, and their combinations mentioned provide a solution to the problem of the invention. The invention, however, should not be construed as limited to the implementation details given as examples below.

Подводный модуль 110 повышения давления газа может быть связан с платформой 20 добычи при- 13 029258Underwater module 110 increase the pressure of the gas can be associated with the platform 20 production at- 13 029258

родного газа и принимать природный газ в виде газа 90 от платформы 20. Сжиженный природный газ 90 может сохраняться в подводном хранилище или подаваться на берег. Сосуды 111 предназначены для того, чтобы выдерживать подводное давление, применительно к условиям работы модуля 110. Подводный модуль 110 повышения давления газа может, кроме того, быть предназначен для сжимания и/или сжижения других газов или газовых смесей. В некоторых вариантах осуществления подводный модуль 110 повышения давления газа может быть предназначен для сжимания и/или сжижения хладагентов, используемых для сжижения природного газа 90, как проиллюстрировано ниже. Многочисленные подводные модули 110 повышения давления газа могут быть расположены в виде каскада для компрессии газа 90 ступенчатым образом, на каждой ступени каскада принимая сжатый газ и сжимая принятый газ еще больше. Многочисленные подводные модули 110 повышения давления газа могут быть расположены в виде каскада для компрессии и сжижения нескольких типов газов, имеющих возрастающие температуры критической точки, чтобы обеспечить охлаждение последнего газа в каскаде посредством морской воды, например, посредством глубинной морской воды.native gas and receive natural gas in the form of gas 90 from platform 20. Liquefied natural gas 90 can be stored in an underwater storage or fed to the shore. The vessels 111 are designed to withstand the underwater pressure, with reference to the operating conditions of the module 110. The underwater module 110 for increasing the gas pressure can also be designed to compress and / or liquefy other gases or gas mixtures. In some embodiments, the implementation of the underwater gas pressure boosting module 110 may be designed to compress and / or liquefy the refrigerants used to liquefy natural gas 90, as illustrated below. Numerous subsea gas pressure boosting modules 110 can be arranged in a cascade for compressing gas 90 in a stepwise manner, at each stage of the cascade, taking compressed gas and compressing the received gas even more. Numerous subsea gas pressure boosting modules 110 may be arranged in a cascade for compressing and liquefying several types of gases having increasing temperatures at a critical point in order to cool the last gas in the cascade with seawater, for example, with deep seawater.

При таком размещении охлаждающий эффект морской воды постепенно усиливается с тем, чтобы обеспечить криогенное охлаждение первого газа в каскаде. Неограничивающий подробный пример представлен ниже.With this arrangement, the cooling effect of seawater is gradually enhanced in order to provide cryogenic cooling of the first gas in the cascade. A non-limiting detailed example is provided below.

Предпочтительно раскрытые системы и способы обеспечивают возможность разработки морского газового месторождения с выдачей добываемого природного газа в сжиженном виде непосредственно на производственной площадке в подводных условиях, с одновременным снижением объемов приспособленных мощностных ресурсов, необходимых для реализации такого процесса. В некоторых вариантах осуществления для решения этой задачи природный газ всасывается в подводный пустотелый трубчатый змеевик, находящийся в фазе наполнения. После этого он сжимается посредством поднимающегося столба морской воды, экранируемого посредством слоя несмешивающейся углеводородной жидкости, благодаря проникновению морской воды снизу, под слоем неводной жидкости, за счет высокого внешнего гидростатического давления. Природный газ сжимается, таким образом, до давления не ниже критического и подается для сжижения, реализуемого посредством его охлаждения и конденсации с помощью внешнего криогенного хладоносителя, расположенного в контуре собственной циркуляции. После этого большая часть морской воды откачивается из трубчатого змеевика до его заполнения следующей порцией природного газа на начальной ступени разработки газового месторождения. На второй ступени разработки месторождения морская вода, выходящая из трубчатого змеевика, используемого для компрессии природного газа, подается для заводнения подводного газового месторождения.Preferably, the disclosed systems and methods allow the development of an offshore gas field with the release of produced natural gas in liquefied form directly at the production site underwater conditions, while simultaneously reducing the amount of adapted power resources required for such a process. In some embodiments, the implementation for this task, natural gas is sucked into the underwater hollow tubular coil, which is in the filling phase. After that, it is compressed by a rising column of seawater, shielded by a layer of immiscible hydrocarbon liquid, due to the penetration of seawater from below, under a layer of non-aqueous liquid, due to high external hydrostatic pressure. Natural gas is compressed, thus, to a pressure not lower than the critical one and is supplied for liquefaction realized by its cooling and condensation using an external cryogenic coolant located in the in-house circulation circuit. After that, most of the sea water is pumped out of the tubular coil before it is filled with the next portion of natural gas at the initial stage of development of a gas field. At the second stage of field development, sea water coming out of a tubular coil used to compress natural gas is supplied for flooding a subsea gas field.

Предпочтительно использование внешнего гидростатического давления морской воды (подаваемой впоследствии для заводнения пласта газового месторождения на второй ступени его разработки) для компрессии природного газа позволяет обойтись без поршневых компрессоров, традиционно используемых в циклах сжижения метана, и не только потребляющих большое количество электроэнергии, но и представляющих собой довольно низкоэффективные устройства. Этим обеспечивается возможность как подачи всего объема добываемого природного газа в сжиженном виде непосредственно с места его добычи, так и позволяет резко сократить энергопотребление такой разработки газового месторождения.Preferably, the use of external hydrostatic pressure of seawater (subsequently supplied to flood the reservoir of a gas field at the second stage of its development) to compress natural gas eliminates the need for reciprocating compressors traditionally used in methane liquefaction cycles, and not only consuming large amounts of electricity fairly inefficient devices. This makes it possible both to supply the entire volume of extracted natural gas in a liquefied form directly from the place of its production, and also makes it possible to drastically reduce the energy consumption of such a gas field development.

Фиг. 7 представляет собой структурную блок-схему высокого уровня подводной системы 100 сжижения природного газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения; фиг. 8 представляет собой схематическое изображение высокого уровня подводной системы 100 сжижения природного газа согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. В некоторых вариантах осуществления подводная система 100 сжижения природного газа может содержать два подводных модуля 110А, 110В повышения давления газа, расположенных в виде охлаждающего и повышающего давление каскада, предназначенного для эффективного сжижения природного газа. Первый модуль 110А может быть выполнен с возможностью повышения давления природного газа 90, а охлаждающий модуль 115А для природного газа может быть выполнен с возможностью сжижения природного газа 90А повышенного давления (для получения жидкого природного газа 91) с использованием хладагента 50. Хладагент 50 может быть выбран так, чтобы он имел критическую точку при более высокой температуре, чем природный газ 90. Второй модуль 110В может быть выполнен с возможностью повышения давления хладагента 50, а охлаждающий модуль 115В может быть выполнен с возможностью сжижения хладагента 50А повышенного давления (для получения жидкого первого хладагента 51) с использованием морской воды. В некоторых вариантах осуществления система 100 может реализовывать дополнительные этапы с использованием дополнительных хладагентов, или несколько этапов повышения давления (каждый выполняемый с помощью соответствующих сосудов 111) для каждого хладагента и т.д. Количество и тип хладагентов и количество и технические характеристики модулей повышения давления 110 могут быть определены согласно морским характеристикам (глубина, поверхностные температуры и строительные ограничения) и эксплуатационным факторам.FIG. 7 is a structural block diagram of a high level of an underwater natural gas liquefaction system 100 according to some embodiments of the invention; FIG. 8 is a schematic representation of a high level of an underwater natural gas liquefaction system 100 according to some embodiments of the invention. In some embodiments, the implementation of the underwater system 100 for liquefying natural gas may contain two underwater modules 110A, 110B for increasing the pressure of the gas, arranged in the form of a cooling and pressure-increasing cascade designed to effectively liquefy the natural gas. The first module 110A can be adapted to increase the pressure of natural gas 90, and the cooling module 115A for natural gas can be adapted to liquefy natural gas 90A at elevated pressure (to produce liquid natural gas 91) using refrigerant 50. Refrigerant 50 can be selected so that it has a critical point at a higher temperature than natural gas 90. The second module 110B can be configured to increase the pressure of the refrigerant 50, and the cooling module 115B can be made from The possibility of liquefying the refrigerant 50A of elevated pressure (to obtain a liquid first refrigerant 51) using sea water. In some embodiments, system 100 may implement additional steps using additional refrigerants, or several pressure boosting steps (each performed using the respective vessels 111) for each refrigerant, etc. The number and type of refrigerants and the number and technical characteristics of pressure boosting modules 110 can be determined according to marine characteristics (depth, surface temperatures and construction limitations) and operational factors.

Природный газ 90, добываемый на морском дне (как источнике природного газа 89) для сжижения посредством платформы 20, может подготавливаться путем его дегидрации от водяных паров и очистки (при необходимости) от вредных примесей, например сероводорода и диоксида углерода. Затем природный газ 90 может вводиться посредством всасывания в один из подводных сосудов 111 путем выпуска- 14 029258Natural gas 90, produced on the seabed (as a source of natural gas 89) for liquefaction using platform 20, can be prepared by dehydrating it from water vapor and cleaning (if necessary) from harmful impurities, such as hydrogen sulfide and carbon dioxide. Then, natural gas 90 can be introduced by suction into one of the submarine vessels 111 by means of release- 14 029258

ния столба морской воды 80, экранируемого посредством жидкого углеводорода 70, как пояснено ниже. Природный газ 90 может претерпевать сжатие в сосудах 111 с последующим выдавливанием порции природного газа, скопившегося в вертикальном подводном сосуде 111, посредством подачи морской воды в цилиндр 111 из окружающей глубины моря. После этого система 100 может осуществлять охлаждение и конденсацию сжатого природного газа 90А за счет испарения хладагента 50. Природный газ, находящийся при повышенном давлении, выдавливается для сжижения из подводного сосуда 111 посредством поднимающегося столба морской воды 80. Сжиженный природный газ 91 может скапливаться в подводном хранилище 92 с его последующей транспортировкой и доставкой к потребителям на морском побережье посредством транспортировки по трубопроводу или транспортировки морем в специальных танкерах. Морская вода 80 может вводиться в сосуды 111 под действием гравитации, используя при этом перепад высот, имеющийся в море. В хладагенте 50 может повышаться давление в аналогичном модуле 110В повышения давления и охлаждаться для сжижения в охлаждающем модуле 115В. Детали системы 100, проиллюстрированные на фиг. 7, пояснены на приведенном ниже примере.a column of seawater 80 screened by a liquid hydrocarbon 70, as explained below. Natural gas 90 may undergo compression in vessels 111, followed by squeezing a portion of natural gas accumulated in a vertical underwater vessel 111 by supplying seawater to cylinder 111 from the surrounding depth of the sea. The system 100 can then cool and condense the compressed natural gas 90A by evaporating the refrigerant 50. Natural gas at elevated pressure is squeezed out to liquefy from the underwater vessel 111 by means of a rising column of sea water 80. Liquefied natural gas 91 can accumulate in the underwater storage 92 with its subsequent transportation and delivery to consumers on the coast through pipeline transportation or transportation by sea in special tankers. Sea water 80 can be introduced into the vessels 111 under the action of gravity, using the height difference existing in the sea. In refrigerant 50, the pressure may increase in a similar booster module 110B and be cooled to liquefy in the cooling module 115B. The details of system 100 illustrated in FIG. 7 are explained in the example below.

Фиг. 9 представляет собой блок-схему высокого уровня, иллюстрирующую способ сжатия и сжижения газа 300 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения. Способ 300 может содержать повышающий давление газ, например природный газ, или другие газы, например этилен или метан. Способ 300 может дополнительно содержать этап охлаждения сжатого газа для его сжижения. Например, давление газа может превысить его критическую точку, и охлаждение сжатого газа может, таким образом, вызывать сжижение газа. В некоторых вариантах осуществления способ 300 может содержать этап сжатия и сжижения природного газа, как проиллюстрировано в неограничивающем примере ниже.FIG. 9 is a high level block diagram illustrating a method of compressing and liquefying gas 300 according to some embodiments of the invention. The method 300 may contain pressurizing gas, such as natural gas, or other gases, such as ethylene or methane. The method 300 may further comprise the step of cooling the compressed gas to liquefy it. For example, the gas pressure may exceed its critical point, and cooling the compressed gas may thus liquefy the gas. In some embodiments, the method 300 may comprise the step of compressing and liquefying natural gas, as illustrated in a non-limiting example below.

Способ 300 содержит этап, на котором повышают давление газа по меньшей мере в одном сосуде (этап 310), например, повышают давление природного газа (этап 311) посредством циклически выполняемых этапов (этап 335): (ί) вводят газ в верхнюю часть по меньшей мере одного сосуда (этап 312); (ίί) вводят морскую воду в нижнюю часть по меньшей мере одного сосуда для повышения давления газа (этап 315); отделяют морскую воду от газа посредством слоя несмешивающейся с водой жидкости (этап 320); и откачивают газ повышенного давления через верхнюю часть по меньшей мере одного сосуда после достижения заданного давления (этап 330). Этап повышения давления могут выполнять циклическим образом (этап 335), например, посредством введения газа с помощью откачки морской воды из нижней части по меньшей мере одного сосуда (этап 316). Таким образом, в природном газе можно непрерывно повышать давление посредством введения и откачки морской воды.Method 300 includes the step of increasing the pressure of the gas in at least one vessel (step 310), for example, increasing the pressure of natural gas (step 311) through cyclically performed steps (step 335): (ί) introducing gas into the upper part of at least measure one vessel (step 312); (ίί) seawater is introduced into the bottom of at least one vessel to increase the gas pressure (step 315); seawater is separated from the gas by a layer of a water-immiscible liquid (step 320); and pumping the pressurized gas through the top of at least one vessel after reaching a predetermined pressure (step 330). The pressure boosting step may be performed cyclically (step 335), for example, by introducing gas by pumping seawater from the bottom of at least one vessel (step 316). Thus, in natural gas, it is possible to continuously increase the pressure by introducing and pumping seawater.

В некоторых вариантах осуществления способ 300 может дополнительно содержать этап, на котором выбирают несмешивающуюся с водой жидкость таким образом, чтобы она имела плотность, промежуточную между плотностью газа и морской воды (этап 326), с целью поддержания газа сверху слоя несмешивающейся с водой жидкости, а слоя несмешивающейся с водой жидкости сверху морской воды в сосуде (этап 328).In some embodiments, the method 300 may further comprise the step of selecting a water-immiscible liquid so that it has a density intermediate between the density of the gas and sea water (step 326) in order to maintain the gas on top of the layer of water-immiscible liquid, a layer of water-immiscible liquid on top of the sea water in the vessel (step 328).

В некоторых вариантах осуществления способ 300 может дополнительно содержать этап, на котором подают откаченную морскую воду в повышающий давление резервуар (этап 340). В некоторых вариантах осуществления откаченную морскую воду могут подавать в окружающее море или в один или более повышающий давление резервуар, в зависимости от обусловленных добычей требований. Подаваемая морская вода может проходить фильтрацию до ее подачи и закачиваться в повышающий давление резервуар.In some embodiments, the method 300 may further comprise the step of feeding the pumped seawater to a pressure increase tank (step 340). In some embodiments, the pumped out seawater may be supplied to the surrounding sea or to one or more pressure-boosting reservoirs, depending on the requirements of production. The feed seawater can be filtered before it is supplied and pumped into a pressure-raising reservoir.

В некоторых вариантах осуществления способ 300 может дополнительно содержать следующие этапы: выполняют сжижение природного газа повышенного давления посредством охлаждения с помощью хладагента (этап 350) и выбирают хладагент так, чтобы он имел критическую точку при более высокой температуре, чем природный газ (этап 355). Этап охлаждения с помощью хладагента (этап 350) может содержать этап, на котором выполняют газификацию хладагента для охлаждения природного газа повышенного давления (этап 352). В некоторых вариантах осуществления способ 300 может дополнительно содержать следующие этапы: повышают давление хладагента (этап 357) и выполняют сжижение хладагента повышенного давления (этап 360). Этап 357 повышения давления хладагента может выполняться с использование способа 300, например, согласно этапам 312, 315, 316, 320, 330 и 335.In some embodiments, method 300 may further comprise the following steps: liquefying natural gas of elevated pressure by cooling with refrigerant (step 350) and selecting the refrigerant so that it has a critical point at a higher temperature than natural gas (step 355). The refrigerant cooling step (step 350) may comprise the step of gasifying the refrigerant to cool the pressurized natural gas (step 352). In some embodiments, method 300 may further comprise the following steps: increase the pressure of the refrigerant (step 357) and liquefy the increased pressure refrigerant (step 360). The refrigerant pressure boosting step 357 may be performed using method 300, for example, according to steps 312, 315, 316, 320, 330, and 335.

Некоторые варианты осуществления содержат способ разработки подводного газового месторождения, содержащий способ 300 подводного сжижения природного газа и этап, на котором подают откаченную морскую воду в повышающий давление резервуар для повышения газодобычи (этап 340). Способ 300 может дополнительно содержать следующие этапы: разрабатывают и повышают добычу подводного газового месторождения (этап 370), а также удаленно контролируют количество подаваемой откаченной морской воды в повышающий давление резервуар (этап 375) и генерируют электричество, используя поток подаваемой откаченной морской воды в повышающий давление резервуар (этап 380).Some embodiments comprise a method for developing an underwater gas field, comprising a method 300 for underwater liquefying natural gas and a stage in which pumped seawater is supplied to a pressure-increasing reservoir to increase gas production (step 340). Method 300 may additionally comprise the following steps: develop and increase production of an underwater gas field (step 370), and also remotely control the amount of pumped sea water into the pressure-raising tank (step 375) and generate electricity using the flow of pumped sea water into the pressure-increase reservoir (step 380).

В некоторых вариантах осуществления способ 300 может быть реализован путем последовательной реализации следующих основных технологических операций.In some embodiments, the implementation of method 300 may be implemented by sequentially implementing the following basic process steps.

Во время исходной разработки газового месторождения выполняют следующие этапы: выполняют бурение эксплуатационных и предэксплуатационных скважин с площадки буровой платформы для открытия подводных залежей газа; оборудуют эксплуатационные и предэксплуатационные скважины до- 15 029258During the initial development of a gas field, the following steps are performed: drilling of production and pre-production wells from the platform of the drilling platform to open underwater gas deposits; equip production and pre-production wells to 15 029258

полнительным технологическим оборудованием, трубопроводами, вспомогательными устройствами и стопорными клапанами, а также средствами телеметрического контроля и телемеханического управления основными параметрами добычи и сжижения природного газа в подводных условиях, убедившись при этом, в то же время, в полной безопасности эксплуатации такого морского газового месторождения; и начинают доставку природного газа из подводного месторождения посредством эксплуатационной скважины.complementary technological equipment, pipelines, auxiliary devices and stop valves, as well as means of telemetric control and telemechanical control of the main parameters of the extraction and liquefaction of natural gas underwater conditions, making sure at the same time that the operation of such a marine gas field is completely safe; and start the delivery of natural gas from a subsea field through a production well.

Затем добываемый природный газ могут подвергать компрессии посредством выполнения следующих этапов: предварительно охлаждают добытый природный газ посредством закрытого теплообмена с окружающей морской водой; закачивают природный газ из эксплуатационной скважины и предварительно охлажденный газ с помощью морской воды в систему для его подводной компрессии и конденсации, выполненную в форме подводных трубчатых змеевиков, действующих в противофазе при опорожнении их внутреннего спиралевидного пространства от большей части морской воды (посредством принудительного раскачивания морской воды на первом этапе разработки месторождения и выпуска морской воды под действие гравитации с использованием давления скважины в газовую залежь после начала падения внутрипластового давления на втором этапе разработки морского газового месторождения); и после всасывания природного газа заливают трубчатый змеевик посредством морской воды, подаваемой снизу, причем ее столб внутри такого змеевика экранируется посредством слоя несмешивающейся с водой углеводородной жидкости. При этом сжатый газ выдавливается из такого гидравлического компрессионного устройства.Then, the extracted natural gas can be compressed by performing the following steps: pre-cooled the extracted natural gas through closed heat exchange with the surrounding sea water; natural gas is pumped from the production well and pre-cooled gas with seawater into the system for its underwater compression and condensation, made in the form of underwater tubular coils acting in antiphase when their inner spiral-shaped space is empty from most of the seawater at the first stage of field development and seawater discharge under the effect of gravity using well pressure into a gas reservoir after the start la internal pressure drop at the second stage of the development of the offshore gas field); and after the natural gas is sucked in, the tubular coil is poured in by means of sea water supplied from below, and its pillar inside such a coil is shielded by a layer of a water-immiscible hydrocarbon liquid. When this compressed gas is extruded from such a hydraulic compression device.

Наконец, сжатый природный газ могут охлаждать и сжижать посредством следующих этапов: охлаждают природный газ, сжатый в змеевике, с помощью морской воды, а затем с помощью внешнего криогенного хладоносителя; конденсируют сжатый природный газ, охлажденный посредством криогенного хладоносителя до температуры сжижения; выполняют компрессию и конденсацию паров внешнего (применительно к сжиженному природному газу) хладоносителя, кипящего при передаче его холода конденсирующемуся метану в подводной системе сжижения такой криогенной жидкости. Система работает по аналогичной схеме, включая пару действующих в противофазе подводных змеевиков и теплообменных устройств, использующих в качестве охлаждающей среды морскую воду; и возвращает регенерированную криогенную жидкость в цикл сжижения метана.Finally, compressed natural gas can be cooled and liquefied through the following steps: natural gas, compressed in a coil, is cooled with seawater and then with an external cryogenic coolant; compressed natural gas is cooled, cooled by means of a cryogenic coolant to a liquefaction temperature; perform compression and condensation of the vapor of the external (applied to liquefied natural gas) coolant boiling when cold is transferred to condensable methane in the underwater liquefaction system of such cryogenic liquid. The system operates according to a similar scheme, including a pair of underwater coils acting in antiphase and heat exchangers using sea water as a cooling medium; and returns the regenerated cryogenic liquid to the methane liquefaction cycle.

Сжиженный природный газ может скапливаться в подводном хранилище и впоследствии транспортироваться и доставляться к потребителям на берег посредством подводного трубопровода или морского транспорта в специальных судах.Liquefied natural gas can accumulate in the underwater storage and subsequently be transported and delivered to consumers ashore via an underwater pipeline or by sea in special vessels.

Предпочтительно компрессия посредством морской воды 80 превосходит компрессию в токовых поршнях или в другом механическом компрессионном модуле в следующих аспектах. Во-первых, тепловая энергия компрессии рассеивается в морской воде и в море, и не разрушает движущиеся части (например, подшипники, изоляционные кольца и т.п.). Во-вторых, введение газа посредством откачки морской воды 80 является более эффективным, чем использование обратного хода поршневой системы, в частности, при высоких рабочих скоростях. Также, компрессия с помощью жидкости более масштабируема, чем с помощью поршневой системы, в которой могут возникать трудности, обусловленные растущей инертности поршневой головки. Наконец, благодаря сокращению количества механических частей, подводной работе и пожароустойчивости морской воды 80, раскрытые системы и способы являются значительно более безопасными, чем токовые системы.Preferably, compression using seawater 80 is superior to compression in current pistons or in another mechanical compression module in the following aspects. First, the thermal energy of compression is dissipated in sea water and in the sea, and does not destroy moving parts (for example, bearings, insulating rings, etc.). Secondly, the introduction of gas through the pumping of sea water 80 is more efficient than using the reverse stroke of a piston system, in particular, at high operating speeds. Also, fluid compression is more scalable than with a piston system, in which difficulties may arise due to the increasing inertia of the piston head. Finally, by reducing the number of mechanical parts, underwater work, and the fire resistance of seawater 80, the systems and methods disclosed are much safer than current systems.

Пример.Example.

Далее приведен неограничивающий пример реализации системы 100 и модулей 110 и 115. Детали реализации могут подбираться в зависимости от конкретных местоположений и требований.The following is a non-limiting example of the implementation of system 100 and modules 110 and 115. Implementation details can be tailored to specific locations and requirements.

После открывания подводного газового месторождения с морской буровой платформы 20 (или специального морского судна) и организации эксплуатационной скважины 22 и нагнетательных скважин 23, природный газ, поднимающийся на поверхность морского дна посредством эксплуатационной скважины 22, охлаждается в подводном теплообменнике 104 до температуры 5-7°С, близкой к температуре ближайшего к морскому дну слоя воды (2-4°С). После этого он всасывается в один из работающих в противофазе трубчатых змеевиков 111. Природный газ 90 может претерпевать сжатие при любой конфигурации сосудов 111, и сосуды 111 могут иметь различные формы. Следующий неограничивающий пример относится к спиралевидным сосудам 111, работающим попарно: один сосуд сжимает газ (например, сосуд 111 на фиг. 7 проиллюстрирован в конечной фазе компрессии), а другой сосуд всасывает газ (например, сосуд 111В на фиг. 7 проиллюстрирован в конечной фазе всасывания). Сосуды 111 изображены неограничивающим образом как имеющие спиралевидную форму и называются далее змеевиками.After opening the underwater gas field from the offshore drilling platform 20 (or a special offshore vessel) and setting up a production well 22 and injection wells 23, natural gas rising to the surface of the seabed through the production well 22 is cooled in a subsea heat exchanger 104 to a temperature of 5-7 C, close to the temperature of the layer of water closest to the seabed (2-4 ° C). After that, it is sucked into one of the tubular coils 111 working in antiphase. Natural gas 90 can undergo compression with any configuration of vessels 111, and vessels 111 can have various shapes. The following non-limiting example relates to helical vessels 111 operating in pairs: one vessel compresses the gas (for example, vessel 111 in Fig. 7 is illustrated in the final compression phase), and another vessel sucks gas (for example, vessel 111B in Fig. 7 is illustrated in the final phase suction). Vessels 111 are depicted in a non-limiting manner as having a spiral shape and are referred to as coils.

В некоторых вариантах осуществления не смешивающаяся с водой жидкость 70 может содержать различные не смешивающиеся с водой алифатические или ароматические органические соединения, имеющие низкую температуру замерзания и плотность меньше, чем плотность морской воды 80, например гексан или толуол. Не смешивающаяся с водой жидкость 70 может содержать гексан (плотность 0,66 г/см3, точка замерзания -95,3°С) или его изомеры (2-метилпентан, точка замерзания -153,7°С; 3- метилпентан, точка замерзания -118°С; 2,3-диметилбутан, точка замерзания -128,5°С), гептан (плотность 0,69 г/см3, точка замерзания -90,6°С), а также его многочисленные производные и другие вещества- 16 029258In some embodiments, the implementation of water-immiscible liquid 70 may contain various non-water-miscible aliphatic or aromatic organic compounds having a low freezing point and a density less than the density of seawater 80, such as hexane or toluene. Liquid 70 that is not miscible with water may contain hexane (density 0.66 g / cm 3 , freezing point -95.3 ° С) or its isomers (2-methylpentane, freezing point -153.7 ° С; 3-methylpentane, point frost -118 ° C; 2,3-dimethylbutane, freezing point -128.5 ° C), heptane (density 0.69 g / cm 3 , freezing point -90.6 ° C), as well as its numerous derivatives and other substances- 16 029258

представители гомологического ряда алканов органических алифатических соединений.representatives of the homologous series of alkanes of organic aliphatic compounds.

На первом этапе разработки газового месторождения, когда давление газа в скважине является высоким, столб морской воды 80, заливаемый в трубчатые змеевики 111 в начале фазы всасывания природного газа (111В) после компрессии в них предыдущей порции метана, откачивается обратно в море (в виде морской воды 80А) посредством насоса 107, опорожняя трубчатый змеевик 111 от большей части его содержимого. Однако змеевик 111 не выкачивается полностью, в нем остается небольшой слой 80 морской воды, экранируемый жидким углеводородным слоем 70.At the first stage of development of a gas field, when the gas pressure in the well is high, a column of sea water 80 poured into tubular coils 111 at the beginning of the natural gas (111B) suction phase after compression of the previous portion of methane into them is pumped back into the sea water 80A) through the pump 107, emptying the tubular coil 111 from most of its contents. However, the coil 111 is not pumped out completely, it remains a small layer 80 of sea water, shielded by a liquid hydrocarbon layer 70.

В процессе работы газового месторождения внутри пластовое давление газа в нем постепенно уменьшается, и, соответственно, газоизвлечение начинает падать. На этом втором этапе разработки морского газового месторождения внутрипластовое давление может поддерживаться на необходимом уровне для обеспечения непрерывного и стабильного газоизвлечения посредством прямого выпуска морской воды в подводное газовое месторождение (в виде морской воды 80В) с использованием подводной гидравлической турбины 109, установленной в головке нагнетательной скважины 23, вместо откачки откаченной морской воды из змеевиков 111 посредством насоса 107. У входного отверстия закачивающего устройства может быть размещена фильтровальная муфта 130, предназначенная для предотвращения загрязнения лопастей гидравлической турбины 109. Электрический энергия, генерируемая посредством турбогенератора 131, может использоваться в качестве дополнительного источника энергии и компенсировать некоторую часть эксплуатационной энергии. Предпочтительно такая генерация энергии восполняет некоторое количество энергии и делает проиллюстрированный процесс более рентабельным. Газовое месторождение может заводняться в контролируемом режиме, и поэтому объем морской воды, подаваемый из змеевиков 111 на гидравлическую турбину 109, может быть зафиксирован посекундно с использованием соответствующего телеметрического измерительного оборудования модуля 140 контроля, расположенного, например, на платформе 20. Скорости выпуска и всасывания морской воды могут контролироваться посредством дистанционно контролируемого стопорного клапана 129, который может аналогичным образом контролироваться посредством модуля 140 контроля.In the process of operation of a gas field inside the reservoir gas pressure in it gradually decreases, and, accordingly, gas recovery begins to fall. At this second stage of development of the offshore gas field, the in-situ pressure can be maintained at the required level to ensure continuous and stable gas recovery by direct release of sea water to the underwater gas field (in the form of sea water 80B) using an underwater hydraulic turbine 109 installed in the head of the injection well , instead of pumping out pumped seawater from coils 111 by means of a pump 107. At the inlet of the injection device can be placed on filter sleeve 130 are designed to prevent contamination of the hydraulic turbine blades 109. Electric energy generated by the turbine generator 131 may be used as an additional source of energy and compensate for some of the energy production. Preferably, such an energy generation replenishes a certain amount of energy and makes the illustrated process more cost-effective. The gas field can float in a controlled manner, and therefore the volume of sea water supplied from the coils 111 to the hydraulic turbine 109 can be recorded in seconds using the appropriate telemetric measuring equipment of the monitoring module 140, located, for example, on the platform 20. the waters can be controlled by means of a remotely controlled stop valve 129, which can likewise be controlled by the counter control module 140 la.

В результате плавной откачки морской воды 80 уровень морской воды в змеевиках 111 уменьшается постепенно, и полое спиралевидное пространство над жидким углеводородным слоем 70 заполняется следующей порцией добытого природного газа, предварительно охлажденного посредством морской воды в теплообменнике 104 до 5-7°С. Для компрессии следующей порции природного газа используется гидростатическое давление вышележащего столба морской воды. Для этого немного открывается удаленно контролируемый регулируемый запорный клапан 132, установленный у основания змеевика 111. В результате морская вода начинает входить снизу в змеевик 111 (заполненный газом 90, закачанным во время откачки морской воды на предыдущем этапе). Морская вода 80 входит в сосуд 111 в виде спиралевидно закрученного потока, постепенно повышает давление и сжимает природный газ в свободном от морской воды пространстве. Конечное давление газообразного вещества (90А) в этом гидравлическом компрессоре определяется разницей между геодезическими отметками верха углеводородного экранирующего слоя 70, покрывающего морскую воду 80 в подводном змеевике 111, и уровнем моря. Таким образом, с увеличением глубины подводной добычи максимальное возможное давление компрессии газа в змеевике 111 также непрерывно растет. Например, если уровня моря превышает геодезическую отметку поверхности углеводородного слоя 70 столба морской воды в змеевике 111 на 1000 м, то давление газовой среды, сжатой в сосуде 111, уравновешивает эту глубину и, таким образом, равно 1,03x1000 = 1030 м столба пресной воды (плотность холодной морской воды зависит от ее температуры и солености, но в среднем равна 1,03 г/см3) или 1030x9806,65 = 10100849 Па, т.е. 10,1 МПа. Следует отметить, что для конденсации метана не обязательно сжимать его до такого высокого давления (критическое давление метана значительно ниже - 4,64 МПа). Основное условие его перехода в жидкое состояние - это необходимость его охлаждения до температуры ниже критической (-82,5°С).As a result of the smooth pumping of seawater 80, the seawater level in coils 111 gradually decreases, and the hollow spiral space above the liquid hydrocarbon layer 70 is filled with the next portion of produced natural gas, previously cooled by seawater in heat exchanger 104 to 5-7 ° C. To compress the next portion of natural gas, the hydrostatic pressure of the overlying column of seawater is used. For this, the remotely controlled adjustable shut-off valve 132 installed at the base of the coil 111 opens slightly. As a result, seawater begins to enter from below into the coil 111 (filled with gas 90 pumped during the pumping of seawater at the previous stage). Sea water 80 enters vessel 111 in the form of a spiral flow, gradually increases pressure and compresses natural gas in a space free of sea water. The final pressure of the gaseous substance (90A) in this hydraulic compressor is determined by the difference between the geodetic marks of the top of the hydrocarbon shielding layer 70, covering the seawater 80 in the coil 111, and the sea level. Thus, with an increase in the depth of subsea production, the maximum possible gas compression pressure in the coil 111 also increases continuously. For example, if the sea level exceeds the geodetic mark of the surface of the hydrocarbon layer 70 of the column of sea water in the coil 111 per 1000 m, then the pressure of the gaseous medium compressed in the vessel 111 balances this depth and thus equals 1.03x1000 = 1030 m of the fresh water column (the density of cold sea water depends on its temperature and salinity, but on average it is equal to 1.03 g / cm 3 ) or 1030x9806.65 = 10100849 Pa, i.e. 10.1 MPa. It should be noted that for methane condensation it is not necessary to compress it to such a high pressure (the critical pressure of methane is much lower — 4.64 MPa). The main condition for its transition to a liquid state is the need for its cooling to a temperature below the critical (-82.5 ° C).

После компрессии сжатый газ может конденсироваться с использованием внешнего криогенного хладоносителя 50, имеющего точку кипения ниже -82,5°С. Например, в качестве такой кипящей при низкой температуре жидкости может использоваться этилен С2Н4. Термодинамические свойства криогенной жидкости 50 выбираются таким образом, чтобы ее нормальная точка кипения при атмосферном давлении составляла -103,7°С, т.е. на 21,2°С ниже температуры конденсации метана (как основного компонента природного газа 90), сжатого до его критического давления. В то же время, критическая температура сжижения этилена положительна и составляет 9,3°С, т.е. на 5-6°С выше температуры морской воды на большей части мирового океана, начиная от глубин 100 м и ниже. Как правило, жидкий хладагент 51 может быть выбран таким образом, чтобы иметь точку кипения при атмосферном давлении ниже, чем температура конденсации сжатого природного газа 90А, а критическая температура конденсации хладагента 50А повышенного давления должна быть более высокой, чем температура окружающей морской воды. Поэтому, в качестве хладагента 50 может использоваться этилен, обеспечивающий сжижение метана, а также последовательную конденсацию при температурах морской воды. Такая система использует для охлаждения бесплатный потенциал морской воды мирового океана, имеющего круглогодичную температуру глубоководной части моря порядка 2-4°С. Таким образом, этилен 50, сжатый до давленияAfter compression, the compressed gas may condense using an external cryogenic coolant 50 having a boiling point below -82.5 ° C. For example, ethylene C 2 H 4 can be used as such a liquid boiling at a low temperature. The thermodynamic properties of cryogenic liquid 50 are chosen so that its normal boiling point at atmospheric pressure is -103.7 ° C, i.e. 21.2 ° C below the condensation temperature of methane (as the main component of natural gas 90), compressed to its critical pressure. At the same time, the critical liquefaction temperature of ethylene is positive and amounts to 9.3 ° C, i.e. 5-6 ° C higher than sea temperature in most of the world's oceans, ranging from depths of 100 m and below. As a rule, liquid refrigerant 51 can be chosen so that the boiling point at atmospheric pressure is lower than the condensation temperature of compressed natural gas 90A, and the critical condensation temperature of the refrigerant 50A elevated pressure should be higher than the temperature of the surrounding sea water. Therefore, ethylene can be used as the refrigerant 50, which provides for the liquefaction of methane, as well as sequential condensation at seawater temperatures. Such a system uses for cooling the free potential of sea water of the world ocean, which has a year-round temperature of the deep-water part of the sea of about 2-4 ° C. Thus, ethylene 50 compressed to pressure

- 17 029258- 17 029258

выше критического (5,11 МПа), может быть преобразован в подводных условиях из газообразного в жидкое состояние исключительно за счет теплообмена с окружающей морской водой. Поэтому жидкий этилен используется в данном случае в качестве неограничивающего примера кипящей при низкой температуре криогенной жидкости 50, используемой для сжижения метана.above the critical (5.11 MPa), can be converted underwater conditions from gaseous to liquid only due to heat exchange with the surrounding sea water. Therefore, liquid ethylene is used in this case as a non-limiting example of low-temperature boiling cryogenic liquid 50 used to liquefy methane.

Перед охлаждением с помощью хладагента 50 природный газ 90 может попеременно сжиматься в змеевиках 111 до давления по меньшей мере 4,64 МПа, предварительно подвергаясь охлаждению в холодильной установке 134, омываемой холодной морской водой (температура 2-4°С) посредством винта 135. Давление компрессии природного газа может быть задано заранее в соответствии с регулировочным положением запорных клапанов 133 на определенной пороговой величине. Сжатый метан 90А, охлаждаемый таким образом до температуры 5-6°С, подается на первую ступень искусственного охлаждения, реализуемую в рекуперационном теплообменнике 116, в котором последние остатки искусственного холода, удаляемые посредством кипящего этилена 50 из системы конденсации природного газа, передаются последнему. Конденсация метана при температуре ниже -82,5°С происходит в хладообменнике 117, в который подается жидкий этилен 51 (кипящий при нормальных условиях при температуре -103,7°С), после прохождения дросселирования в регулируемом клапане 118.Before cooling with refrigerant 50, natural gas 90 can be alternately compressed in coils 111 to a pressure of at least 4.64 MPa, previously subjected to cooling in a refrigeration unit 134 washed by cold sea water (temperature 2-4 ° C) with a screw 135. Pressure Compression of natural gas can be set in advance in accordance with the adjusting position of the shut-off valves 133 at a certain threshold value. Compressed methane 90A, cooled in this way to a temperature of 5-6 ° C, is fed to the first stage of refrigeration, which is sold in a heat recovery heat exchanger 116, in which the last artificial cold residues removed by boiling ethylene 50 from the natural gas condensation system are transferred to the latter. Methane condensation at a temperature below -82.5 ° C occurs in a cold exchanger 117, into which liquid ethylene 51 is fed (boiling under normal conditions at a temperature of -103.7 ° C), after passing throttling in an adjustable valve 118.

Готовый продукт, сжиженный природный газ 91, может направляться на хранилище 92 в подводном накопителе, откуда он может переправляться к потребителям посредством специального морского транспорта или доставляться в жидком состоянии на берег посредством подводного трубопровода.The finished product, liquefied natural gas 91, can be sent to storage 92 in an underwater storage tank, from where it can be shipped to consumers via special sea transport or delivered in a liquid state to the coast via an underwater pipeline.

Этилен, который переходит из жидкого (51) в газообразное (50) состояние при температуре 103,7°С, подается из хладообменника 117 для передачи последних остатков его искусственного холода свежему потоку сжатого природного газа 90А. После этого пары этилена подаются в систему сжижения криогенного вещества для компрессии (в модуль 110В) и конденсации (в модуль 115В). Для этой цели газообразный этилен 50, покидающий рекуперационный теплообменник 116, всасывается в один из трубчатых змеевиков 111 в повышающем давление модуле 110В, работающих, как и змеевики 111 в повышающем давление модуле 110А, в противофазе относительно друг друга.Ethylene, which passes from a liquid (51) to a gaseous (50) state at a temperature of 103.7 ° C, is supplied from a cold exchanger 117 to transfer the last remnants of its artificial cold to a fresh stream of compressed natural gas 90A. After that, ethylene vapor is fed to the system for liquefying a cryogenic substance for compression (to the 110V module) and condensation (to the 115V module). For this purpose, ethylene gas 50 leaving the recovery heat exchanger 116 is sucked into one of the tubular coils 111 in the pressure-raising module 110B, working, like the coils 111 in the pressure-increasing module 110A, in antiphase with respect to each other.

Всасывание в сосудах 111 происходит благодаря выпусканию в процессе опорожнения большей части морской воды 80, откачиваемой обратно в море посредством насоса 107 (на первом этапе разработка морского газового месторождения), или прямого выпуска морской воды (попеременно из каждого змеевика 111) в газовую залежь через гидравлическую турбину 109 с одновременным производством электроэнергии посредством турбогенератора 131 (на второй ступени разработки морского газового месторождения). Аналогично структуре содержимого змеевиков 111 в модуле 110А, спиралевидный столб морской воды 80 в змеевиках 111 изолирован от природного газа посредством слоя жидкого гексана 70В, предотвращающего проникновение водяного пара в подвергаемую компрессии среду. Несмешивающиеся с водой жидкости 70А и 70В в модулях 110А, 110В могут быть аналогичными или отличными друг от друга. Например, жидкость 70В может быть смесью углеводородов, более приспособленной к отделению этилена от морской воды, в то время как жидкость 70А может быть смесью углеводородов, более приспособленной к отделению природного газа от морской воды. После всасывания газообразного этилена в спиралевидные пространства одного из змеевиков 111 (в модуле 110В), последующая компрессия газа выполняется в нем так же, как и в змеевиках 111 (в модуле 110А) - посредством попеременного открывания вентилей 122, снабженных приводами с дистанционным управлением. В результате, морская вода, окружающая такую систему, начинает пополнять невыпущенный двуслойный столб жидкой среды. В результате (благодаря постоянному росту уровня содержимого каждого змеевика 111), давление пара этилена над поверхностью слоя 70В гексана начинает постепенно расти и достигает уровня, необходимого для его сжижения при положительных температурах окружающей среды, - по меньшей мере 5,11 МПа. После приведения в действие (например, в результате превышения установленной пороговой величины давления компрессии) одного из запорных клапанов 123, сжатый этилен 50А покидает систему компрессии и подается для предварительного охлаждения в холодильную установку 124, омываемую холодной морской водой посредством винта 125.The suction in the vessels 111 occurs due to the release in the process of emptying most of the seawater 80 pumped back into the sea by means of a pump 107 (development of the offshore gas field), or direct seawater (alternately from each coil 111) to the gas reservoir a turbine 109 with simultaneous production of electricity by means of a turbo-generator 131 (at the second stage of the development of an offshore gas field). Similar to the structure of the contents of coils 111 in module 110A, the spiral-shaped column of seawater 80 in coils 111 is isolated from natural gas by means of a layer of liquid hexane 70B, which prevents the ingress of water vapor into the medium to be compressed. Water-immiscible liquids 70A and 70B in modules 110A, 110B may be similar or different from each other. For example, liquid 70B may be a mixture of hydrocarbons, more suited to separating ethylene from seawater, while liquid 70A may be a mixture of hydrocarbons more suited to separating natural gas from seawater. After the ethylene gas is sucked into the spiral space of one of the coils 111 (in the 110V module), the subsequent gas compression is performed in it in the same way as in the coils 111 (in the 110A module) by alternately opening the valves 122 equipped with remote-controlled actuators. As a result, the sea water surrounding such a system begins to replenish the unreleased two-layer column of liquid medium. As a result (due to the constant increase in the content level of each coil 111), the vapor pressure of ethylene above the surface of the 70B hexane layer gradually begins to rise and reaches the level required for its liquefaction at positive ambient temperatures - at least 5.11 MPa. After actuation (for example, as a result of exceeding the set threshold pressure of compression) of one of the stop valves 123, compressed ethylene 50A leaves the compression system and is fed for pre-cooling to a refrigeration unit 124, washed by cold sea water through a screw 125.

Сжатый этилен 50А, предварительно охлаждаемый таким образом, затем подается на глубоководный конденсатор 126, установленный на более низком уровне, чем холодильная установка 124, поскольку температура морской воды неизменно уменьшается с увеличением морской глубины. Поскольку морская вода прокачивается посредством винта 127 через конденсатор 216, имеющий более низкую температуру (2-4°С), чем температура конденсации этилена (9,3°С), сжатого до давления, превышающего критическое, пары этого органического вещества переходят из газообразного в жидкое состояние.Compressed ethylene 50A, thus pre-cooled, is then fed to a deep-water condenser 126, which is installed at a lower level than the refrigeration unit 124, since the temperature of the seawater constantly decreases with increasing sea depth. Since sea water is pumped through a screw 127 through a condenser 216 having a lower temperature (2-4 ° C) than the ethylene condensation temperature (9.3 ° C) compressed to a pressure exceeding the critical one, the vapors of this organic matter pass from gaseous to liquid state.

Полученная криогенная жидкость 51 в повторно конденсированной форме затем подается снова для дросселирования в контролируемый клапан 118, и после падения в нем давления до атмосферного, используется снова в качестве хладоносителя, кипящего при температуре 103,7°С, для сжижения метана в хладообменнике 117. Таким образом, цикл поддержания процесса сжижения метана посредством криогенной жидкости является практически полностью замкнутыми, и при надлежащем уровне добычи он в такой замкнутой петле циркуляции практически не потребляется.The resulting cryogenic liquid 51 in the re-condensed form is then fed again to be throttled into the controlled valve 118, and after the pressure drops to atmospheric pressure in it, it is used again as a coolant boiling at 103.7 ° C to liquefy methane in the cold exchanger 117. Thus, the cycle of maintaining the process of methane liquefaction by means of a cryogenic liquid is almost completely closed, and, with an appropriate level of production, it is practically not consumed in such a closed circulation loop.

Предпочтительно раскрытые способы и системы, по сравнению с известными способами разработки морских газовых месторождений, обеспечивают некоторое количество существенных технических иPreferably, the disclosed methods and systems, in comparison with known methods for developing offshore gas fields, provide a certain number of significant technical and

- 18 029258- 18 029258

экономических преимуществ. Во-первых, они позволяют подавать природный газ, добываемый на морском месторождении, напрямую потребителям в жидкой форме. Это преимущество обеспечивает возможность разработки большей части морских газовых месторождений, открытых на настоящий момент, расположенных на расстоянии в сотни и тысячи километров от берега. Следует отметить, что тот факт, что один кубический метр сжиженного природного газа в 625 раз тяжелее, чем один кубический метр газообразного метана, является основной причиной низкой затратности транспортировки такого топлива на большие расстояния и отсутствия стимула для разработки морских газовых месторождений очень далеко от берега.economic benefits. Firstly, they allow the natural gas produced at the offshore field to be supplied directly to consumers in a liquid form. This advantage provides the ability to develop most of the offshore gas fields currently open, located at a distance of hundreds and thousands of kilometers from the coast. It should be noted that the fact that one cubic meter of liquefied natural gas is 625 times heavier than one cubic meter of methane gas is the main reason for the low cost of transporting such fuel over long distances and the lack of incentive to develop offshore gas fields very far from the coast.

Что касается конкурентоспособности раскрытых способов и систем относительно известных способов сжижения метана, используемых при разработке газовых месторождений на суше, компрессия природного газа в спиралевидных пространствах трубчатых змеевиков является несравнимо менее цикличным процессом, чем использование поршневых компрессоров, поскольку геометрические объемы рабочих цилиндров таких устройств могут различаться в сотни и тысячи раз (принимая во внимание, что внутренний диаметр спиралевидного пространства измеряется в метрах, радиус завитков спирали в десятках метров, а общая высота спирали в сотнях метров). Таким образом, обеспечивается не только явное повышение в производительности процесса компрессии, но и достигается значительно более высокий уровень его совершенства мощности, поскольку интенсификация работы поршневых компрессоров связана с ростом генерации тепловой энергии, и, таким образом, снижение доли электрической мощности преобразуется в повышение давления сжатого газа. Таким образом, раскрытые способы и системы являются значительно более масштабируемыми, чем основанные на поршнях системы, и их преимущества растут с увеличением размера системы.As for the competitiveness of the disclosed methods and systems relative to the known methods of liquefying methane used in the development of gas fields on land, the compression of natural gas in the spiral-shaped spaces of tubular coils is incomparably less cyclical than the use of reciprocating compressors, since the geometric volumes of the working cylinders of such devices may differ hundreds and thousands of times (taking into account that the inner diameter of the spiral space is measured in meter ah, the radius of the spiral curls is tens of meters, and the total height of the spiral is hundreds of meters). Thus, not only is there an obvious increase in the performance of the compression process, but a significantly higher level of its perfection of power is achieved, since the intensification of the operation of piston compressors is associated with an increase in thermal energy generation, and thus a decrease in the share of electrical power is converted into an increase in pressure of compressed gas. Thus, the disclosed methods and systems are significantly more scalable than piston-based systems, and their advantages grow with increasing system size.

Одновременная генерация электрический мощности при опорожнении основной части спиралевидного рабочего пространства змеевиков на второй ступени разработки морского газового месторождения (когда морскую воду, полученную путем опорожнения гидравлической системы при компрессии метана и этилена, выпускают через гидротурбины турбогенератора в газовую залежь для поддержания внутрипластового давления в ней на необходимом уровне) повышает прибыльность добычи природного газа на морском дне с использование способа согласно изобретению.Simultaneous generation of electrical power during the emptying of the main part of the spiral-shaped working space of the coils at the second stage of development of the offshore gas field level) increases the profitability of natural gas production on the seabed using the method according to the invention.

Дополнительное преимущество изобретения заключается в том, что с увеличением глубины моря эффективность затрат для подводного сжижения метана, используемого в работе таких газовых месторождений, только повышается, что может быть обусловлено ростом гидростатического давления морской воды и постоянным снижением ее температуры с приближением к морскому дну.An additional advantage of the invention is that with increasing depth of the sea, the cost-effectiveness for underwater liquefaction of methane used in the operation of such gas fields only increases, which may be due to an increase in the hydrostatic pressure of seawater and a constant decrease in its temperature as it approaches the seabed.

Эти преимущества также подразумевают, что воздействие раскрытого в данном документе изобретения на окружающую среду намного меньше, чем при использовании токовых технологий. Не только сама энергоэффективность процесса является более высокой, но и более умеренными являются требования к количеству энергии и пространству для транспортировки и сжижению газа на земле.These benefits also imply that the environmental impact of the invention disclosed herein is much less than with current technologies. Not only the energy efficiency of the process itself is higher, but the requirements for the amount of energy and the space for gas transportation and liquefaction on the ground are also more moderate.

Варианты осуществления настоящего изобретения обеспечивают комплексное использование исходного энергетического минерала, углубляют его обработку, сокращают энергопотребление при добыче искусственного жидкого топлива, сокращают инвестиции на возведение аппаратов для сжижения угля и ослабляют вредоносный эффект технологического процесса на окружающую среду путем его реализации в подземных условиях. В некоторых вариантах осуществления до гидрогенизации, обработка исходного раздробленного минерала (в частности, угля) начинается с предварительного отделения горючего минерала от пустой породы, сочетающегося с его вертикальной транспортировкой транспортировкой на плаву минерала с площадки рудника до места его дальнейшей обработки в вертикальном столбе, заполненный водно-солевым раствором с плотностью, превышающей плотность угля. Основные ингредиенты для приготовления водно-солевого вещества представляют собой ионогенные неорганические соединения, которые не только обладают достаточно высокой растворимостью в воде (что позволяет полученным водным растворам достигнуть плотности, достаточной для транспортировки угля на плаву), но также являются высокоактивными катализаторами в последующем процессе гидрогенизации.Embodiments of the present invention provide an integrated use of the original energy mineral, deepen its processing, reduce energy consumption in the extraction of artificial liquid fuel, reduce investment in the construction of apparatus for liquefying coal and reduce the harmful effect of the process on the environment through its implementation in underground conditions. In some embodiments, prior to hydrogenation, the processing of the initial crushed mineral (in particular, coal) begins with the preliminary separation of the combustible mineral from the waste rock, combined with its vertical transportation by floating the mineral from the mine site to the place of its further processing in a vertical column filled with water. salt solution with a density greater than the density of coal. The main ingredients for the preparation of water-salt substances are ionogenic inorganic compounds that not only have a sufficiently high solubility in water (which allows the resulting aqueous solutions to achieve a density sufficient to transport coal afloat), but also are highly active catalysts in the subsequent hydrogenation process.

Фиг. 10А представляет собой схематическое изображение неограничивающего примера системы обработки горючего материала 500 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения; фиг. 10В представляет собой схематическое изображение высокого уровня подсистем в системе обработки горючего материала 500 согласно некоторым вариантам осуществления изобретения; фиг. 11А представляет собой блок-схему высокого уровня, иллюстрирующую основные этапы способа 600 отделения и гидрогенизации горючего материала согласно некоторым вариантам осуществления изобретения; и фиг. 11В представляет собой блок-схему высокого уровня, иллюстрирующую последующие этапы способа 600 отделения и гидрогенизации горючего материала согласно некоторым вариантам осуществления изобретения.FIG. 10A is a schematic representation of a non-limiting example of a combustible material handling system 500 according to some embodiments of the invention; FIG. 10B is a schematic representation of a high level of subsystems in a combustible material processing system 500 according to some embodiments of the invention; FIG. 11A is a high level flow chart illustrating the main steps of the method 600 for separating and hydrogenating combustible material in accordance with some embodiments of the invention; and FIG. 11B is a high-level flow chart illustrating the subsequent steps of the method 600 for separating and hydrogenating combustible material in accordance with some embodiments of the invention.

Способ 600 может содержать этап, на котором приготавливают водно-солевое вещество 480, имеющее заданную плотность (этап 602) и с использованием каталитических солей (этап 604). Приготовление водно-солевого вещества 480, предназначаемого для транспортировки на плаву, выполняют путем перемалывания и поступенчатого обогащения исходного минерала посредством растворения в воде одной или нескольких минеральных солей, обеспечивающих катализацию в процессе гидрогенизации.Method 600 may comprise the step of preparing a water-salt substance 480 having a predetermined density (step 602) and using catalytic salts (step 604). Preparation of water-salt substances 480, intended for transportation afloat, is performed by grinding and step-by-step enrichment of the original mineral by dissolving one or several mineral salts in water, which catalyzes the hydrogenation process.

- 19 029258- 19 029258

Приготовление позволяет получить раствор 480 с плотностью, которая является промежуточной между плотностью горючего минерала 490 и загрязняющих минеральных примесей, т.е. пустой породы 489.Preparation allows to obtain a solution 480 with a density that is intermediate between the density of the combustible mineral 490 and contaminating mineral impurities, i.e. waste breed 489.

Способ 600 может дополнительно содержать этап, на котором приготавливают и подают сырье 490 (этап 606), например, посредством предварительного сухого приготовления по размеру недавно добытого исходного сырья для подачи его в столб тяжелого водно-солевого вещества для отделения, в ходе процесса обогащения и транспортировки, продукта, очищенного относительно его горючего компонента. Сырой горючий материал 490 таким образом превращается в подготовленный горючий материал 490А.Method 600 may further comprise the step where raw materials 490 are prepared and supplied (step 606), for example, by pre-dry preparation of the size of freshly mined feedstock to feed it into a heavy water-salt column for separation during , a product purified relative to its combustible component. The raw combustible material 490 is thus transformed into the prepared combustible material 490A.

Способ 200 может дополнительно содержать этап, на котором гравитационно отделяют горючий материал от пустой породы 489 в водно-соляном растворе 480, плотность которого выбрана промежуточной между плотностью горючего материала 490А и плотностью пустой породы (этап 610). Этот этап могут выполнять в подсистеме 610А транспортировки на плаву, содержащей вертикальный контейнер 505 транспортировки на плаву, как описано ниже. Способ 600 может содержать этап, на котором отделяют горючий материал посредством транспортировки на плаву и затопления пустой породы (этап 612) путем подачи, например, угля, с его одновременным освобождением от значительной части пустой породы, от площадки добычи до площадки обработки посредством вертикальной транспортировки на плаву в водно-солевом веществе с плотностью, превышающей плотность угольного вещества.Method 200 may further comprise a step in which the combustible material is gravitationally separated from the waste rock 489 in the water-salt solution 480, the density of which is selected intermediate between the density of the fuel material 490A and the density of the waste rock (step 610). This step may be performed in the afloat transport subsystem 610A containing the vertical afloat transport container 505, as described below. The method 600 may comprise the step of separating combustible material by floating and flooding the waste rock (step 612) by feeding, for example, coal, with its simultaneous release from a significant part of the waste rock from the production site to the treatment site by vertical transportation to melt in a water-salt substance with a density greater than the density of the coal substance.

Пустая порода 489 может быть затоплена в водно-солевом веществе 480, а затем выдавливаться из жидкой фазы, ополаскиваться водой и грунтом, с одновременным улавливанием метана, выпущенного в газообразную фазу в процессе уменьшения размера. После этого пустая порода может быть размещена в выработанном пространстве. Способ 600 может дополнительно содержать этап, на котором отделяют углеводородный газ и восстанавливают раствор от пустой породы (этап 620). Этот этап может выполняться в затопленной подсистеме 620А обработки отходов и может содержать следующие этапы: удаляют затопленную пустую породу 489 из водно-солевой среды, гидромеханическим образом выжимают и очищают пустую породу водой (вместе со всеми другими твердыми отходами производства сжиженного угля) из жидкой фазы остатков и дополнительно перемалывают очищенный материал, с одновременным улавливанием выпущенного метана и рабочим размещением всех твердых отходов технологического процесса в выработанном пространстве. Таким образом, способ 600 может дополнительно содержать следующие этапы: удаляют и обрабатывают затопленную пустую породу (этап 622); отделяют водносолевое вещество от пустой породы и повторно его используют (этап 624) и улавливают метан из обработанной пустой породы (этап 626).Waste rock 489 can be submerged in water-salt substance 480, and then squeezed out of the liquid phase, rinsed with water and soil, while simultaneously trapping methane released into the gaseous phase in the process of reducing size. After this, the waste rock can be placed in the developed space. Method 600 may further comprise the step of separating the hydrocarbon gas and recovering the solution from the waste rock (step 620). This stage can be performed in the flooded waste treatment subsystem 620A and can contain the following steps: remove flooded waste rock 489 from the water-salt medium, squeeze out the waste rock with water (along with all other solid waste from the liquefied coal) hydromechanically from the liquid residue and additionally grind the purified material, with simultaneous trapping of the released methane and working placement of all solid waste of the technological process in the developed space. Thus, method 600 may further comprise the following steps: remove and treat the flooded waste rock (step 622); separating the water-salt substance from the waste rock and reusing it (step 624) and catching the methane from the treated waste rock (step 626).

В некоторых вариантах осуществления в способе 600 этап перемалывания (первый этап переработки) находящегося на плаву (и обогащаемого в то же время) исходного минерала выполняют при температуре окружающей среды в том же растворе (насыщенном ингредиентами, обеспечивающими катализацию процесса гидрогенизации), имеющем плотность, превышающую плотность горючего минерала, но ниже, чем плотность пустой породы. Последовательное уменьшение размера обрабатываемого материала может сопровождаться предварительным пространственным разделением минералов, составляющих исходный минерал. Легкая фракция, обогащенная ее горючей компонентой, перемещается на плаву из зоны мелющих тел, в то время как тяжелый материал, состоящий, главным образом, из отходов минералов, тонет в водно-солевом веществе, заполняющем барабанную мельницу. Во время перемалывания метан могут выпускать из размолотого материала в газообразную фазу, улавливать и направлять на каталитических переработку с использованием водяного пара для получения водорода, используемого в процессе гидрогенизации (см. ниже).In some embodiments, in method 600, the grinding stage (first processing stage) of the floating mineral (and enriched at the same time) of the starting mineral is performed at ambient temperature in the same solution (saturated with ingredients that catalyze the hydrogenation process) having a density greater the density of the combustible mineral, but lower than the density of the waste rock. A consistent decrease in the size of the material being processed may be accompanied by a preliminary spatial separation of the minerals that make up the original mineral. The light fraction, enriched with its combustible component, moves afloat from the zone of grinding bodies, while the heavy material, consisting mainly of mineral waste, sinks in the water-salt substance that fills the drum mill. During grinding, methane can be released from the ground material into the gaseous phase, captured and sent to catalytic processing using water vapor to produce hydrogen used in the hydrogenation process (see below).

Способ 600 может дополнительно содержать этап, на котором последовательно сокращают размер частиц отделенного горючего материала в растворе и удаляют остаточную пустую породу и газ из него (этап 630), например, в перемалывающей и сепарирующей подсистеме 630А. Первый (холодный) этап перемалывания транспортированных на плаву комьев угля могут выполнять с одновременной концентрацией размолотого материала, реализуемой при температуре окружающей среды в том же водносолевом растворе 480, насыщенном до величины плотности, находящейся точно посередине между плотностями горючих и негорючих минеральных компонентов, с одновременным улавливанием метана, выпущенного в процессе перемалывания в газообразную фазу, и последующим отдельным выпуском легкой части (концентрата не переработанного продукта) и тяжелой части (конечных остатков) обогащенных продуктов процесса. В некоторых вариантах осуществления способ 600 дополнительно содержит любые из следующих этапов: перемалывают (на первом, холодном этапе) транспортированный на плаву горючий материал в соляном растворе (этап 632); улавливают газ и отделяют легкую и тяжелую фазы (этап 634); и удаляют дополнительную пустую породу (этап 636).Method 600 may further comprise the step of sequentially reducing the particle size of the separated combustible material in the solution and removing residual waste rock and gas from it (step 630), for example, in the grinding and separating subsystem 630A. The first (cold) stage of grinding coal lumps transported afloat can be performed with a simultaneous concentration of ground material sold at ambient temperature in the same water-salt solution 480, saturated to a density value that is exactly in the middle between the densities of combustible and non-combustible mineral components, while simultaneously trapping methane released in the process of grinding in the gaseous phase, followed by the separate release of the light part (concentrate not processed product) and heavy part (final residues) enriched process products. In some embodiments, method 600 further comprises any of the following steps: grind (at the first, cold stage) combustible material transported afloat in saline (step 632); trapping gas and separating the light and heavy phases (step 634); and remove additional waste material (step 636).

В некоторых вариантах осуществления до выполнения второго этапа перемалывания суспензию легкого продукта (концентрата не переработанного продукта) первого (холодного) этапа перемалывания и обогащения могут нагревать и дополнительно перемалывать при умеренном нагревании, вместе с его дополнительным отделением. Затем образованный технологический поток, содержащий твердые фазы, еще более полно обогащенные угольным веществом, нагревают до более высокой температуры, дополнительно перемалывают до очень мелкого состояния и, наконец, точно отделяют от остатков видимых минеральных примесей при горячем режиме в мощном центробежном поле. Способ 600 может дополни- 20 029258In some embodiments, the implementation of the second stage of grinding the light product suspension (concentrate not processed product) of the first (cold) stage of grinding and enrichment can be heated and additionally ground with moderate heating, along with its additional separation. Then, the formed process stream containing solid phases, even more fully enriched with coal matter, is heated to a higher temperature, further ground to a very fine state and, finally, precisely separated from the remnants of visible mineral impurities during hot mode in a powerful centrifugal field. Method 600 may add 20,029,258

тельно содержать этап, на котором нагревают и перемалывают горючий материал с уменьшенным размером частиц для получения пасты из очищенного горючего материала (этап 640), например, в нагревающей и дополнительно перемалывающей подсистеме 640А.It is desirable to contain the stage at which combustible material with reduced particle size is heated and milled to obtain a paste of purified combustible material (step 640), for example, in the heating and additionally grinding subsystem 640A.

Способ 600 может дополнительно содержать следующие этапы: нагревают суспензию легкого продукта первого этапа концентрации до умеренной температуры; и выполняют второй (теплый) этап перемалывания и обогащения концентрированного не переработанного продукта в нагреваемом водном растворе с одновременным (как и на первом этапе перемалывания) выпуском метана, выпущенного в процессе снижения размера перемолотого материала, и с последующим выпуском легкого продукта, подаваемого после этого для выполнения последнего этапа приготовления материала по его размеру и составу до его сжижения, и тяжелого продукта, возвращаемого, соответственно, на первый (холодный) этап процесса для дополнительного перемалывания. Способ 600 может дополнительно содержать этап, на котором выполняют конечное нагревание обогащенного продукта теплого этапа обработки угля до более высокой температуры, которая будет несколько ниже, чем точка кипения водно-солевого раствора. В некоторых вариантах осуществления способ 600 дополнительно содержит любые из следующих этапов: нагревают отделенный горючий материал (этап 641); перемалывают (вторую, умеренно нагретую фазу) нагретый горючий материал (этап 642); отделяют легкую и тяжелую фазы и повторно обрабатывают крупногабаритный материал (этап 643) и нагревают отделенный горючий материал до более высоких температур (ниже температуры кипения) (этап 644).The method 600 may further comprise the following steps: heat the suspension of the light product of the first stage to a moderate concentration; and perform the second (warm) stage of grinding and enrichment of concentrated unprocessed product in a heated aqueous solution with simultaneous (as in the first stage of grinding) release of methane released in the process of reducing the size of the ground material, and then releasing a light product, then the last stage of preparation of the material in terms of its size and composition prior to its liquefaction, and the heavy product returned, respectively, to the first (cold) stage of the process for additional oh grinding. The method 600 may further comprise the step of performing the final heating of the enriched product of the warm stage of processing the coal to a higher temperature, which will be slightly lower than the boiling point of the water-salt solution. In some embodiments, method 600 further comprises any of the following steps: heat the separated combustible material (step 641); grind (second, moderately heated phase) heated combustible material (step 642); separating the light and heavy phases and re-processing the bulky material (step 643) and heating the separated combustible material to higher temperatures (below the boiling point) (step 644).

Способ 600 может дополнительно содержать следующие этапы: дополнительно нагревают, сокращают вязкость, перемалывают и отделяют центробежным образом в перемалывающей подсистеме 640В с нагревом. Способ 600 может содержать третий (горячий) этап перемалывания с последующим конечным точным обогащением очень мелкого угля в сильном центробежном поле в том же водно-солевом веществе, но в режиме горячего отделения, содержащий следующие этапы: перемалывают (третью, более горячую фазу) нагретого горючего материала (этап 645) и отделяют легкую и тяжелую фазы и повторно обрабатывают крупногабаритный материал (этап 646).Method 600 may further comprise the following steps: additionally heat, reduce viscosity, grind and separate in a centrifugal manner in a grinding subsystem 640B with heating. Method 600 may comprise a third (hot) grinding stage followed by a final, precise enrichment of very fine coal in a strong centrifugal field in the same water-salt substance, but in the hot branch mode, containing the following steps: grinding (the third, hotter phase) of the heated fuel material (step 645) and separating the light and heavy phases and re-processing large material (step 646).

Способ 600 может дополнительно содержать этап, на котором смешивают полученный горячий сверхчистый угольный концентрат с горячим пастообразующим компонентом (при этом вода из водносолевого раствора, пропитывающая угольный концентрат, начинает кипеть). Затем полученную пасту могут разбавлять до текучей консистенции, твердую фазу образованной угольно-нефтяной смеси превращать в порошок до размера коллоидных частиц и подавать посредством вертикального вращающегося полого вала (заканчивающегося Т-образной реактивной турбиной - Сегнеровым колесом), которое может быть установлено в вертикальной скважине, для подземной гидрогенизации в слепой шахте, снабженной тангенциальным вводом водорода. Этот этап могут выполнять в глубоководной выжимающей и формирующей пасту подсистеме 640С, в которой гидромеханическое выжимание конечного сверхчистого угольного концентрата из водно-солевого вещества выполняют путем дополнительного смешивания с горячим пастообразующим веществом и одновременного удаления избыточной влажности из выжимаемого брикета посредством его кипячения, и дополнительно разбавляют полученную угольнонефтяную смесь до желаемой консистенции посредством органического растворителя. В некоторых вариантах осуществления способ 600 дополнительно содержит следующие этапы: дополнительно нагревают отделенный горючий материал (этап 647); очищают нагретый горючий материал посредством вращения в центрифуге (этап 648) и псевдоожижают пасту (этап 650), например, путем разбавления пасты посредством органического растворителя (этап 651), в подсистеме 650А псевдоожижения пасты. Способ 600 может дополнительно содержать следующие этапы: дополнительно превращают в порошок твердую фазу угольно-нефтяной смеси, подготовленной для гидрогенизации до коллоидного размера, например, превращают в порошок до коллоидного размера в качестве приготовления для гидрогенизации (этап 653).The method 600 may further comprise the step of mixing the obtained hot, ultra-pure coal concentrate with a hot paste-forming component (and the water from the water-salt solution impregnating the coal concentrate begins to boil). Then, the resulting paste can be diluted to a fluid consistency, the solid phase of the formed coal-oil mixture can be powdered to the size of colloidal particles and fed through a vertical rotating hollow shaft (ending with a T-shaped reactive turbine - Segner wheel), which can be installed in a vertical well, for underground hydrogenation in a blind mine, equipped with a tangential input of hydrogen. This stage can be performed in the deep-water squeezing and paste-forming subsystem 640С, in which hydromechanical squeezing of the final ultra-pure coal concentrate from the water-salt substance is performed by additional mixing with the hot pastor and simultaneously removing excess moisture from the squeezed briquette by boiling it, and further dilute coal-oil mixture to the desired consistency by means of an organic solvent. In some embodiments, method 600 further comprises the steps of: additionally heating the separated combustible material (step 647); purify the heated combustible material by rotating in a centrifuge (step 648) and fluidize the paste (step 650), for example, by diluting the paste with an organic solvent (step 651), in the fluidization subsystem 650A. Method 600 may further comprise the following steps: additionally powdering the solid phase of the coal-oil mixture prepared for hydrogenation to a colloidal size, for example, powdering to a colloidal size as a preparation for hydrogenation (step 653).

Способ 600 может дополнительно содержать следующие этапы: выполняют гидрогенизацию разбавленной пасты (этап 660), например, в подсистеме 660А гидрогенизации. В некоторых вариантах осуществления способ 600 содержит этап, на котором выполняют рекуперационное нагревание угольнонефтяной смеси (посредством горячего искусственного нефтепродукта, поднимающегося в противоположном направлении) с его последующей подачей в процесс гидрогенизации посредством вращающегося вертикального полого вала, установленного в вертикальной скважине, врезанной в герметичную слепую шахту, в то же время подают тангенциально водород на нескольких высотах в более низкую часть слепой шахты; и выполняют горячую каталитическую гидрогенизацию угольного вещества твердой фазы угольно-нефтяной смеси посредством его взаимодействия с водородом при повышенном давлении при высокой температуре в присутствии катализатора, реализуемую в герметичной слепой шахте в подземных условиях. В некоторых вариантах осуществления способ 200 дополнительно содержит любые из следующих этапов: выполняют горячую каталитическую гидрогенизацию превращенной в порошок разбавленной пасты из горючего материала (этап 661); вводят водород при повышенном давлении и высокой температуре в присутствии катализатора, что реализуется в герметичной слепой шахте в подземных условиях (этап 662); вводят водород в различные области столба гидрогенизации (этап 663) и выполняют гидрогенизацию, например, посредством использования Сегнерова колеса (этап 665).The method 600 may further comprise the following steps: hydrogenating the diluted paste (step 660), for example, in the hydrogenation subsystem 660A. In some embodiments, method 600 comprises recovering the carbon-oil mixture (by means of a hot artificial oil product rising in the opposite direction) with its subsequent supply to the hydrogenation process by means of a rotating vertical hollow shaft installed in a vertical well, cut into a sealed blind shaft at the same time, hydrogen is tangentially fed at several heights to the lower part of the blind shaft; and perform hot catalytic hydrogenation of the coal substance of the solid phase of the coal-oil mixture through its interaction with hydrogen at elevated pressure at high temperature in the presence of a catalyst, which is realized in a sealed blind mine in underground conditions. In some embodiments, method 200 further comprises any of the following steps: hot catalytic hydrogenation of the powdered diluted paste from a combustible material is performed (step 661); hydrogen is introduced at elevated pressure and high temperature in the presence of a catalyst, which is realized in a sealed blind mine in underground conditions (step 662); hydrogen is introduced into various regions of the hydrogenation column (step 663) and hydrogenated, for example, by using the Segner wheel (step 665).

- 21 029258- 21 029258

Способ 600 может дополнительно содержать этап, на котором выполняют конечную очистку и обработку остатков гидрогенизации (этап 670), например, в подсистеме 620В очистки и отделения остатков, извлечение остаточных углеводородов и рабочих жидкостей и обработку пустой породы. Способ 600 может содержать этап, на котором вводят жидкий гидрогенизат для поднятия из слепой шахты, предназначенный для освобождения из него растворенных в нем газов посредством подачи искусственного нефтепродукта, выпускаемого на поверхность земли (через кольцеобразный проем между вращающимся полым валом и вертикальной скважиной, соединенной со слепой шахтой) в полый объем, с одновременным рекуперационным теплообменом между технологическими противоположными потоками между этими высотами. Гидрогенизат, поднимающийся из слепой шахты через кольцеобразный проем между вращающимся валом и головкой вертикальной скважины, могут выпускать из растворенных углеводородных газов и разделять на искусственный нефтепродукт и не псевдоожиженный твердый остаток. Последний могут омывать посредством органического растворителя, высушивать и смешивать с обезвоженным тяжелым продуктом первого перемалывающего этапа. Смеси инертных минералов, свободные от органических примесей, могут споласкивать водой и удалять из цикла добычи. Промывочная вода, остающаяся после омывания этих мелкодисперсных отходов, а также вода, остающаяся после омывания крупных комьев пустой породы (затопленных при транспортировке угля на плаву в водно-солевом веществе), испаряется до своей исходной плотности. Регенерированный водно-солевой раствор могут возвращать к началу процесса. В некоторых вариантах осуществления способ 600 дополнительно содержит любые из следующих этапов: обеспечивают поднятие из слепой шахты продукта гидрогенизации (этап 666); нагревают участвующий в реакции материал посредством теплообмена с продуктом гидрогенизации (этап 667) и обеспечивают повторную циркуляцию неконденсированных остатков непрореагировавшего водорода обратно в систему гидрогенизации (этап 668).Method 600 may further comprise the step of final cleaning and processing of the hydrogenation residues (step 670), for example, in the cleaning and separating 620B subsystem, removing the residual hydrocarbons and fluids, and processing the waste rock. Method 600 may include the step of introducing liquid hydrogenation to lift from a blind shaft, designed to release gases dissolved in it from it by supplying an artificial petroleum product discharged to the surface of the earth (through an annular opening between a rotating hollow shaft and a vertical well connected to shaft) into a hollow volume, with simultaneous recuperative heat exchange between technological opposite flows between these heights. Hydrogenate rising from a blind shaft through an annular opening between the rotating shaft and the head of a vertical well can be released from dissolved hydrocarbon gases and separated into artificial oil and non-fluidized solid residue. The latter can be washed with an organic solvent, dried and mixed with the dehydrated heavy product of the first grinding stage. Blends of inert minerals, free from organic impurities, can be rinsed with water and removed from the extraction cycle. Wash water remaining after washing these fine wastes, as well as water remaining after washing large clods of rock (flooded during the transportation of coal afloat in a water-salt substance), evaporates to its original density. The regenerated water-salt solution can return to the beginning of the process. In some embodiments, method 600 further comprises any of the following steps: provide for raising a hydrogenation product from a blind shaft (step 666); the material involved is heated by heat exchange with the hydrogenation product (step 667) and the uncondensed unreacted hydrogen residues are re-circulated back into the hydrogenation system (step 668).

Способ 600 может дополнительно содержать следующие этапы: отделяют парогазовые смеси от углеводородной жидкой фазы в головке вертикальной скважины с последующей конденсацией легкого гидрогенизата и повторной циркуляцией неконденсированных остатков непрореагировавшего водорода назад в систему гидрогенизации; освобождают жидкий гидрогенизат от оставшихся не псевдоожиженных твердых инертных примесей и подают его для дальнейшей обработки на нефтеперерабатывающий завод; очищают твердый остаток, извлеченный из тяжелого гидрогенизата, от пропитывающей углеводородной жидкой фазы посредством органического растворителя и его дополнительной просушки и удаления из процесса; смешивают сухой твердый остаток гидрогенизации с обезвоженным тяжелым продуктом первого этапа перемалывания исходного минерала; очищают конечную влажную механическую смесь инертных негорючих минералов от остатков катализатора посредством пресной воды и после этого выжимают влажные отходы из избыточной жидкой фазы; испаряют промывочную воду, остающуюся после промывания смеси от продуктов твердых отходов до тех пор, пока испаряемый раствор не достигает исходной плотности (промежуточной между плотностью горючего минерала и минеральных примесей), и возвращают регенерированную водно-минеральную среду к началу процесса. В некоторых вариантах осуществления способ 600 дополнительно содержит любые из следующих этапов: разделяют продукт гидрогенизации на различные фазы (этап 672); удаляют остатки из продукта (этап 674); и выполняют дальнейшую обработку и переработку продукта (этап 675).Method 600 may further comprise the following steps: separating vapor-gas mixtures from the hydrocarbon liquid phase in the head of a vertical well, followed by condensation of a light hydrogenation and re-circulation of uncondensed unreacted hydrogen back into the hydrogenation system; release the liquid hydrogenate from the remaining non-fluidized solid inert impurities and submit it for further processing to the refinery; purify the solid residue, extracted from the heavy hydrogenation product, from the impregnating hydrocarbon liquid phase by means of an organic solvent and its further drying and removal from the process; mix the dry solid residue of hydrogenation with a dehydrated heavy product of the first stage of grinding the source mineral; purify the final wet mechanical mixture of inert non-combustible minerals from catalyst residues with fresh water and then squeeze the wet waste from the excess liquid phase; evaporate the wash water remaining after washing the mixture from solid waste products until the evaporated solution reaches its initial density (intermediate between the density of the combustible mineral and mineral impurities), and returns the regenerated water-mineral medium to the beginning of the process. In some embodiments, method 600 further comprises any of the following steps: divide the hydrogenation product into different phases (step 672); remove residues from the product (step 674); and perform further processing and processing of the product (step 675).

В некоторых вариантах осуществления продукты тяжелых отходов второго и третьего этапа обогащения посредством гравитации могут выдавливать из избыточной жидкой фазы и возвращать на влажное перемалывание в цикле первого (холодного) этапа концентрации. Что касается минеральных солей, обеспечивающих катализацию процесса гидрогенизации, то используются только водорастворимые химические соединения, обладающие высокой каталитической активностью, которые являются хорошо растворимыми в воде, позволяют приготовить растворы на их основании, имеющие плотность, достаточную для транспортировки на плаву горючих компонентов исходного горной породы, а не просто ионогенные неорганические вещества, облегчающие взаимодействие углесодержащей компоненты горючего минерала с водородом. Эти водорастворимые соединения могут быть выбраны для катализации процесса гидрогенизации, а также для формирования водных растворов с плотностью, промежуточной между плотностью горючего минерала и пустой породы, например, определенные минеральные соли с достаточно высокой растворимостью в воде, например, хлориды или бромиды цинка или олова, парамолибдаты и тетрамолибдаты аммония или сульфаты железа, или их другие смеси. Растворимость в воде гидрогенизирующих катализаторов этого тип вполне достаточна для приготовления водных растворов с плотностью, необходимой для транспортировки на плаву только горючих компонентов исходной горной породы. Например, 60%-раствор сульфата трехвалентного железа Ре2(ЗО4)3 при температуре 17,5°С имеет плотность 1,798 г/см3, в то время как плотность угля не превышает, как правило, величины 1,319-1,546 г/см3. Другими словами, нет необходимости использовать высоко насыщенные растворы с минеральным компонентом для обеспечения транспортировки угля на плаву. Может также быть применима более разбавленная водно-солевая среда, например 40%-раствор того же сульфата трехвалентного железа в воде (его плотность при 17,5°С равна 1,449 г/см3). Приготовление таких растворов на основе водорастворимых молибденсодержащих солей, например парамолибдат или тетрамолибдат аммония, и введение других микродобавок в конечную смесь позволяет водно-солевому веществу не только достигнуть плотно- 22 029258In some embodiments, the implementation of the products of heavy waste of the second and third stage of enrichment by gravity can be squeezed out of the excess liquid phase and returned to wet grinding in the cycle of the first (cold) stage of concentration. As for the mineral salts, which catalyze the hydrogenation process, only water-soluble chemical compounds with high catalytic activity, which are highly soluble in water, are used to prepare solutions based on them, having a density sufficient to transport fused combustible components of the original rock to the surface, and not just ionic inorganic substances that facilitate the interaction of the carbon-containing components of the combustible mineral with hydrogen. These water-soluble compounds can be selected to catalyze the hydrogenation process, as well as to form aqueous solutions with a density intermediate between the density of the combustible mineral and the waste rock, for example, certain mineral salts with a sufficiently high solubility in water, for example, zinc or tin chlorides or bromides. ammonium paramolybdates and ammonium tetramolybdates or iron sulfates, or their other mixtures. The solubility in water of hydrogenating catalysts of this type is quite sufficient for the preparation of aqueous solutions with the density required to transport afloat only the combustible components of the original rock. For example, a 60% solution of ferric sulfate Fe 2 (ZO 4 ) 3 at a temperature of 17.5 ° C has a density of 1.798 g / cm 3 , while the density of coal does not exceed, as a rule, the values of 1.319-1.546 g / cm 3 In other words, there is no need to use highly saturated solutions with a mineral component to ensure the transportation of coal afloat. A more dilute aqueous salt medium may also be applicable, for example, a 40% solution of the same ferric sulfate in water (its density at 17.5 ° C is equal to 1.449 g / cm 3 ). The preparation of such solutions based on water-soluble molybdenum-containing salts, for example, paramolybdate or ammonium tetramolybdate, and the introduction of other microadditives in the final mixture allows the water-salt substance not only to achieve a tight 22,029,258

сти, необходимой для транспортировки угля на плаву, но также повысить каталитическую активность образованных соединений. В некоторых вариантах осуществления плотность всех основных образующих породу минералов (аргиллита, алеврита, известняка, кварцита, песчаника, ангидрита, гранодиорита, полевого шпата, монтмориллонита и другой алюмосиликатов) значительно высока (около 2,376-2,887г/см3), что предопределяет отсутствие какой-либо возможности их транспортировки на плаву вместе с углем в такой относительно легкой (для них) жидкости.necessary to transport coal afloat, but also to increase the catalytic activity of the compounds formed. In some embodiments, the density of all the major rock-forming minerals (argillite, aleurite, limestone, quartzite, sandstone, anhydrite, granodiorite, feldspar, montmorillonite and other aluminosilicates) is significantly high (about 2.376-2.887 g / cm 3 ), which predetermines the absence of which -the possibility of their transportation afloat with coal in such a relatively light (for them) fluid.

Пастообразующее вещество может содержать различные соединения, например, могут использоваться продукты нефтепереработки, побочные продукты коксования или тонкого органического синтеза, содержащие термически нестабильные органические вещества (главным образом, ароматического ряда), которые могут служить в качестве доноров атомного водорода при их нагревании, например, смесь тетралина с антраценовым маслом, разбавленная впоследствии изопропиловым спиртом. Однако не только компоненты пастообразующего вещества могут обеспечивать снабжение атомным водородом в способе согласно изобретению, но также и минеральные соли, на основе которых приготавливаются (или вводятся в качестве примесных ингредиентов) водно-солевые растворы для транспортировки угля на плаву. Например, если в качестве тяжелой жидкости используется раствор такой минеральной соли, как формиат калия, хорошо растворимой в воде (при приближении к состоянию насыщения его плотность достигает 1,570 г/см3 и более), это неорганическое вещество, поступающее на этап гидрогенизации вместе с конечным сверхчистым угольным концентратом, термически разлагается при нагревании выше 360°С на оксалат калия и водород. Последний, в момент его появления, существует в атомной форме и является очень сильным восстановителем, существенно способствующим связыванию атомов водорода с атомами углерода: 2НСООК=(СООК)2+2Н+. Таким образом, некоторые варианты осуществления используют уникальные комбинации свойств, присущие формиату калия, а именно то, что плотность раствора НСООК в воде больше, чем плотность угля, в то время как после нагревания эта соль разлагается с формированием атомного водорода, что приводит к резкому ускорению процесса гидрогенизации.The paste-forming substance may contain various compounds, for example, refined products, by-products of coking or fine organic synthesis, containing thermally unstable organic substances (mainly aromatic), which can serve as donors of atomic hydrogen when they are heated, can be used, for example, a mixture tetralin with anthracene oil, subsequently diluted with isopropyl alcohol. However, not only the components of the paste-forming substance can provide atomic hydrogen in the method according to the invention, but also mineral salts, on the basis of which water-salt solutions are prepared (or introduced as impurity ingredients) to transport coal afloat. For example, if a solution of such a mineral salt as potassium formate, well soluble in water (when approaching the saturation state, its density reaches 1,570 g / cm 3 or more) is used as a heavy liquid, this is an inorganic substance entering the hydrogenation step along with the final ultrapure coal concentrate, thermally decomposes when heated above 360 ° C to potassium oxalate and hydrogen. The latter, at the time of its appearance, exists in the atomic form and is a very strong reducing agent, which significantly contributes to the binding of hydrogen atoms to carbon atoms: 2CHOOK = (COOK) 2 + 2H + . Thus, some embodiments use unique combinations of properties inherent in potassium formate, namely, that the density of the NCOOK solution in water is greater than the density of coal, while after heating this salt decomposes to form atomic hydrogen, which leads to a sharp acceleration hydrogenation process.

Кроме того, в отличие от известных решений в области добычи искусственного жидкого топлива с использованием сухих способов транспортировки исходного минерала из забоя шахты к площадке сжижения и традиционных процессов перемалывания, доставка недавно добытого угля к площадке его обработки посредством вертикальной транспортировки на плаву с дальнейшим дополнительным влажным перемалыванием в той же водно-минеральной среде, плотность которой является промежуточной между плотностью горючего минерала и его негорючих компонентов, не только позволяет сочетать процесс подачи (по кратчайшему маршруту) с площадки рудника к площадке приготовления к гидрогенизации (одновременно освобождая его от большей части пустой породы), но также полностью изолирует угольное вещество от контакта с кислородом воздуха.In addition, in contrast to the known solutions in the field of artificial liquid fuel extraction using dry methods of transporting the source mineral from the mine face to the liquefaction site and traditional grinding processes, delivery of recently mined coal to the processing site through vertical afloat with further additional grinding in the same water-mineral environment, the density of which is intermediate between the density of the combustible mineral and its non-combustible components, is not It allows to combine the application process (shortest route) from the mine site to the cooking site for hydrogenation (simultaneously releasing it from the majority of the gangue) but also completely isolates the coal substance from contact with atmospheric oxygen.

В результате, отсутствие доступа кислорода к поверхности угля приводит к предотвращению его эндогенного (незаметного) окисления, негативно влияющего на полноту и скорость сжижения горючего минерала (не говоря о перерасходе водорода). В то же время, поэтаповое перемалывание угля, предварительно обогащаемого в процессе транспортировки на плаву в том же водно-солевом растворе, предшествующее этапу гидрогенизации, приводит к автоматическому соскальзыванию фрагментов горючего минерала (когда их высвобождают от срастания с пустой породой) в результате ударов мелющих тел и, таким образом, к снижению шаровой загрузки мельниц. Сочетание возможности получения искусственного жидкого топлива в подземных условиях с самопроизвольной рекуперацией бесплатной тепловой энергии недр Земли для первичного нагрева компонентов гидрогенизирующего взаимодействия (за счет повышенных температур, характерных для вмещающих пород на большой глубине) и с возможностью отказаться от высоконапорных насосов (которые являются основными потребителями электрической мощности при сжижении угля в условиях земной поверхности) для введения исходной угольно-нефтяной пасты в процесс гидрогенизации, изобретение обеспечивает более высокий уровень энергоэффективности переработки добываемого твердого топлива в искусственный нефтепродукт по сравнению с известными наземными технологиями получения синтетического жидкого топлива из различных горючих минералов.As a result, the lack of access of oxygen to the surface of the coal leads to the prevention of its endogenous (imperceptible) oxidation, which negatively affects the completeness and liquefaction rate of the combustible mineral (not to mention the excess hydrogen consumption). At the same time, step-by-step grinding of coal, previously enriched in the process of transportation afloat in the same water-salt solution, preceding the stage of hydrogenation, leads to automatic slipping of fragments of the combustible mineral (when they are released from merging with empty rock) as a result of grinding media blows and thus reducing the ball loading of the mills. The combination of the possibility of obtaining artificial liquid fuel in underground conditions with the spontaneous recovery of free thermal energy of the Earth’s interior for the primary heating of the components of the hydrogenating interaction (due to elevated temperatures characteristic of the host rocks at great depth) and with the ability to refuse high-pressure pumps (which are the main consumers of electric power during the liquefaction of coal in the earth’s surface) for the introduction of the original coal-oil paste into the process of gi rogenizatsii, the invention provides a higher level of efficiency of processing the solid fuel produced from petroleum in artificial compared with known ground technologies produce synthetic liquid fuels from various combustible minerals.

Предпочтительно общее снижение объема технологического потока, подаваемого на этапе гидрогенизации, который должен быть нагрет до температуры реакции, и сокращение потребления мощности, связанной с дополнительным отделением жидких продуктов от твердых инертных примесей, удаляемых из процесса сжижения посредством искусственного нефтепродукта, может обеспечить как дополнительное значительное сокращение потребления энергии для производства искусственного жидкого топлива согласно изобретению, так и радикальное ослабление вредоносного влияния раскрытого технологического процесса на природную окружающую среду. Кроме того, улавливание метана и других горючих газов может сопровождать все процессы понижения размера и обеспечить комплексное использование ценных энергоресурсов, содержащихся в исходном минерале. Таким образом, все признаки настоящего изобретения могут быть взаимосвязаны, а их комбинации может обеспечивают достижение упомянутых выше преимуществ.Preferably, a general reduction in the volume of the process stream supplied during the hydrogenation step, which must be heated to the reaction temperature, and the reduction in power consumption associated with the additional separation of liquid products from solid inert impurities removed from the liquefaction process by means of artificial petroleum may provide an additional significant reduction. energy consumption for the production of artificial liquid fuels according to the invention, and a radical weakening of the harmful influence of the disclosed technological process on the natural environment. In addition, the capture of methane and other combustible gases can accompany all the processes of reducing the size and ensure the integrated use of valuable energy resources contained in the original mineral. Thus, all features of the present invention may be interconnected, and their combinations may achieve the advantages mentioned above.

- 23 029258- 23 029258

Пример.Example.

В качестве неограничивающего примера следующая подробная схема системы иллюстрирует реализацию вариантов осуществления описанного выше изобретения. В этом неограничивающем примере в качестве горючего материала может обрабатываться уголь. Все упомянутые ниже величины приведены в качестве неограничивающих примеров и могут быть модифицированы и адаптированы в соответствии с различными типами горючего материала, различными конфигурациями обрабатывающих модулей и веществ.As a non-limiting example, the following detailed system diagram illustrates the implementation of the embodiments of the invention described above. In this non-limiting example, coal can be processed as a combustible material. All the values listed below are given as non-limiting examples and can be modified and adapted according to different types of combustible material, different configurations of processing modules and substances.

Подсистема 610А транспортировки на плаву может быть выполнена с возможностью гравитационного отделения горючего материала от пустой породы в водно-соляном растворе, выбранном так, что он имеет плотность, промежуточную между плотностью горючего материала и плотностью пустой породы.The afloat transportation subsystem 610A may be configured to allow gravitational separation of combustible material from waste rock in a water-salt solution, chosen so that it has a density intermediate between the density of combustible material and the density of the waste rock.

Добытые недавно крупные комья угля или другого горючего материала 490 из забоя шахты подвергаются предварительному просеиванию по размеру на решете 501. Комья исходного минерала, прошедшие через решето, подаются на дальнейшую обработку, в то время как крупногабаритный материал проходит дробление в дробилке 502, а затем добавляется к мелкогабаритному, прошедшему просеивание продукту. Как решето 501, так и дробилка 502 заключены в герметичные корпуса в области разрежения, созданной в системе улавливания метана (не изображен). Сырой горючий материал 490 таким образом превращается в подготовленный горючий материал 490А.Recently produced lumps of coal or other combustible material 490 from the face of the mine are subjected to preliminary sieving by size on the sieve 501. The raw mineral lumps that have passed through the sieve are fed for further processing, while the large-sized material is crushed in a crusher 502 and then added to small-sized, past-screened product. Both the sieve 501 and the crusher 502 are enclosed in hermetic enclosures in the vacuum region created in the methane capture system (not shown). The raw combustible material 490 is thus transformed into the prepared combustible material 490A.

Горючий материал 490А, подготовленный таким образом по размеру (размер наибольших крупных комьев раздробленной горной породы не превышает половины диаметра вертикального трубопровода 505 для транспортировки угля на плаву), загружается в одно из ответвлений 503 запирающего механизма исходной подачи в систему гидростатического подъемника устройства сжижения угля.Combustible material 490A, thus prepared in size (the size of the largest large lumps of crushed rock does not exceed half the diameter of the vertical pipeline 505 for transporting coal afloat), is loaded into one of the branches 503 of the locking mechanism of the initial supply of coal liquefaction device to the system.

Затем в загруженном материале повышают давление в камере посредством поворота задвижки 504 в правое положение с прижимом к вертикальному столбу 505, и заполнения (например, посредством открывания боковых вентилей в верхней и нижней частях столба 505) водным раствором 480 минеральной соли, который может использоваться для транспортировки на плаву горючего материала 490А и затопления пустой породы 489, и может также действовать в качестве катализатора для последующего процесса гидрогенизации. Воздух, выдавливаемый из этого герметичного объема, выпускается через воздушные клапаны (не изображены).Then, in the loaded material, the pressure in the chamber is increased by rotating the valve 504 to the right position with the clamp to the vertical column 505, and filling (for example, by opening the side valves in the upper and lower parts of the column 505) with an aqueous solution 480 of mineral salt that can be used for transportation afloat combustible material 490A and flooding of waste rock 489, and can also act as a catalyst for the subsequent hydrogenation process. The air squeezed out of this hermetic volume is discharged through air valves (not shown).

Примеры водно-соляного раствора могут включать в себя 40%-раствор хлорида цинка в воде с плотностью 1,423 г/см3 (при 25°С) с примесью парамолибдата аммония, который используется в качестве водно-солевого вещества для реализации технологического процесса. Однако в качестве такого неорганического соединения, обладающего набором свойств, необходимых для реализации процесса изобретения, могут использоваться другие минеральные соли и их различные смеси, например нановодный сульфат трехвалентного железа Ре2(8О4)3-9Н2О, парамолибдат аммония (ΝΗ4)6Μο7Ο24·4Η2Ο, тетрамолибдат аммония (ΝΗ4)2·4ΜοΟ3·2Η2Ο, железный купорос Ре8О4^7Н2О, бивалентный хлорид олова 8иС12, смеси нановодного сульфата трехвалентного железа Ре2(8О4)3ЭН2О с пента-водным хлоридом четырехвалентного олова 8иС14^5Н2О (использованных в весовом соотношении 3:1), бромид цинка и т.д.Examples of a water-salt solution may include a 40% solution of zinc chloride in water with a density of 1.423 g / cm 3 (at 25 ° C) mixed with ammonium paramolybdate, which is used as a water-salt substance to implement the process. However, other mineral salts and their various mixtures can be used as such an inorganic compound with a set of properties necessary for the implementation of the process of the invention, for example, ferric sulfate iron Fe 2 (8O 4 ) 3 -9H 2 O, ammonium paramolybdate (ΝΗ 4 ) 6 7ο 7 Ο 24 · 4Η 2 Ο, ammonium tetramolybdate (ΝΗ 4 ) 2 · 4ΜοΟ 3 · 2Η 2 Ο, iron vitriol Pe8O 4 ^ 7H 2 O, bivalent tin chloride 8iC1 2 , a mixture of nano-anhydrous ferric sulfate Pe 2 (8O 4 ) 3 EN 2 O with penta-aqueous tetravalent tin chloride 8 and C1 4 ^ 5H 2 O ( Used in a weight ratio of 3: 1), zinc bromide, etc.

В некоторых вариантах осуществления водно-соляной раствор 480 может также содержат оксидированные формы различных металлов разной валентности, например железа, никеля, кобальта, молибдена, олова, алюминия, оксида кремния, а также вольфрама, молибдена, натрия, калия, сульфиды никеля и железа с добавкой элементарной серы, и различные многокомпонентные соединения на их основе, а также сульфаты и галогениды определенных металлов или соли аммония изополимолибденовой и тиомолибденовой кислот и другие химические соединения, которые позволяют ускорить процесс гидрогенизации или доставлять атомный водород и, таким образом, могут использоваться в качестве катализаторов для описанного ниже сжижения горючих минералов.In some embodiments, the implementation of the water-salt solution 480 may also contain oxidized forms of various metals of different valences, such as iron, nickel, cobalt, molybdenum, tin, aluminum, silicon oxide, and also tungsten, molybdenum, sodium, potassium, nickel sulfides and iron with addition of elemental sulfur, and various multicomponent compounds based on them, as well as sulfates and halides of certain metals or ammonium salts of isopoly molybdic and thiomolybdic acids and other chemical compounds that allow reproach hydrogenation process or deliver atomic hydrogen, and thus can be used as catalysts for the described below liquefaction combustible minerals.

Плотности водных растворов 480 минеральных солей, обеспечивающих катализацию процесса гидрогенизации угольного вещества, превышает плотность твердого топлива соответствующих видов, что предопределяет возможность транспортировки в нем горючего минерала на плаву. В то же время, пустая порода 489, которая тяжелее, чем уголь, тонет в среде 480, что обеспечивает возможность комбинирования вертикальной подачи угля до места его дальнейшей обработки с одновременным предварительным обогащением.The density of aqueous solutions of 480 mineral salts, which catalyze the process of hydrogenation of a coal substance, exceeds the density of the solid fuel of the corresponding species, which predetermines the possibility of transporting the combustible mineral in it afloat. At the same time, waste rock 489, which is heavier than coal, sinks in the environment of 480, which makes it possible to combine the vertical supply of coal to the place of its further processing with simultaneous pre-enrichment.

Затем, путем плавного поворота центральной задвижки 504 в правое положение, внутренний объем левого ответвления 503 объединяется с содержимым вертикального столба 505 в вертикальном столбе, содержащим водно-солевое вещество с плотностью, превышающей плотность угля. Это приводит к транспортировке на плаву следующей порции угля 490А из шахты на поверхность земли, в то время как пустая порода 489, которая тяжелее, чем раствор 480 хлорида цинка, тонет в жидкости 480 и оседает у ниппеля подающего устройства.Then, by smoothly turning the center gate 504 to the right position, the internal volume of the left branch 503 is combined with the contents of the vertical column 505 in the vertical column containing the water-salt substance with a density greater than the density of the coal. This causes the next portion of 490A coal to be transported afloat from the mine to the surface of the earth, while waste rock 489, which is heavier than solution 480 of zinc chloride, sinks in fluid 480 and settles near the nipple of the feeding device.

Горючий материал 490А, например уголь, поддерживается на плаву в водно-солевом растворе 480 и скапливается в форме свободного покрова в верхней (расширяющейся) части столба 505, откуда он подается на первую ступень перемалывания, реализуемую в той же водно-солевом веществе, залитым в шаровую мельницу 506, в то время как пустая порода, тонущая в жидкости 480, выпускается через запор- 24 029258Combustible material 490A, for example, coal, is kept afloat in a water-salt solution 480 and accumulates in the form of free cover in the upper (expanding) part of the column 505, from where it is fed to the first grinding stage, sold in the same water-salt substance, filled in ball mill 506, while waste rock, sinking in fluid 480, is released through the lock 24 029258

ную систему в отстойник 507. Первые модули перемалывающей подсистемы 630А обеспечивают возможность последовательного уменьшения размера частиц отделенного горючего материала 490А в растворе 480 и удаления из него остаточной пустой породы и газа (см. ниже).507. The first modules of the grinding subsystem 630A provide the possibility of successively reducing the particle size of the separated combustible material 490A in solution 480 and removing residual waste rock and gas from it (see below).

Пустая порода 489 перерабатывается в затопленной подсистеме 620А обработки отходов, например, осаждается в отстойнике 507 и выжимается из жидкости в фильтрующей центрифуге 508, а затем выпускается в ленточный вакуум-фильтр 509, где она выжимается (вместе с другой твердыми отходами процесса, см. ниже) из водно-солевой жидкой фазы, ополаскивается пресной водой в противотоковом режиме и подается для перемалывания в герметичную мельницу 510. В процессе обнажения нового пласта размолотого материала, метан, выпущенный в газообразную фазу, выкачивается из мельницы. Пустая порода 489, перемолотая и освобожденная от метана, размещается в выработанном пространстве. Это предотвращает развитие геомеханических процессов движения вышележащего пласта породы, наносящих непоправимое повреждение всем поверхностным объектам, расположенным на территории разрабатываемого подземного рудника, в результате обвала поверхности грунта. В то же время, водный раствор 480А хлорида цинка, очищенный от пустой породы, возвращается посредством поршневого насоса 510 в систему гидростатического угольного подъемника.Waste 489 is processed in a flooded waste treatment subsystem 620A, for example, precipitated in a sump 507 and squeezed out of a liquid in a filtering centrifuge 508, and then released into a vacuum belt filter 509, where it is squeezed out (along with other solid process waste, see below ) from the water-salt liquid phase, rinsed with fresh water in countercurrent mode and fed for grinding in a sealed mill 510. In the process of exposing a new formation of ground material, methane released into the gaseous phase is pumped out s mill. Waste rock 489, ground and freed from methane, is placed in the goaf. This prevents the development of geomechanical processes of movement of the overlying layer of rock, causing irreparable damage to all surface objects located on the territory of the developed underground mine, as a result of the collapse of the soil surface. At the same time, an aqueous solution of 480A zinc chloride, purified from waste rock, is returned by means of a piston pump 510 to the system of a hydrostatic coal lifter.

В перемалывающей подсистеме 630А дополнительно выполняется перемалывание горючего материала 490В. Горючий материал 490В представляет собой находящийся на плаву материал 490А, предварительно освобожденный от большей части пустой породы 489 в процессе его транспортировкой на плаву вверх (в качестве горючего материала 490А). Дальнейшее перемалывание осуществляется в шаровой мельнице 506 в том же водно-солевом веществе 480. В то время как уголь освобождается от его срастания с пустой породой посредством перемалывания, фрагменты угольного вещества не подвергаются дальнейшему разрушению и остаются на плаву на поверхности жидкой среды 480, в то время как все другие компоненты исходного сырья погружаются снова в зону воздействия мельничных шаров. В результате, при раздроблении находящегося на плаву горючего материала 490А посредством стальных шаров, непрерывно вращающихся в барабане мельницы 506, фрагменты чистого угля, обнажающиеся в процессе перемалывания, независимо от степени их дробления, всплывают на поверхность жидкости 480, таким образом автоматически предотвращается перерасход энергии для их дальнейшего чрезмерного дробления, что влечет за собой эффективность их последующего отделения и рост влажности обогащенных продуктов.Grinding subsystem 630A additionally performs grinding of combustible material 490B. Combustible material 490B is a floating material 490A, previously released from most of the waste rock 489 during its transportation afloat up (as a combustible material 490A). Further grinding is carried out in a ball mill 506 in the same water-salt substance 480. While coal is freed from its coalescence with waste rock by grinding, fragments of coal substance are not further destroyed and remain afloat on the surface of the liquid medium 480, while while all other components of the feedstock are immersed again in the zone of impact of the mill balls. As a result, when the afloat combustible material 490A is crushed by means of steel balls continuously rotating in the drum of the mill 506, fragments of clean coal, exposed in the grinding process, regardless of the degree of their crushing, overflow the energy of their further excessive crushing, which entails the effectiveness of their subsequent separation and an increase in the moisture content of enriched products.

Дополнительный метан может выпускаться в газообразную фазу (как и другие газообразные углеводороды), которая является практически нерастворимой в воде. Газы проходят через слой водносолевого раствора 480 (внутри мельницы 506), а затем попадают в систему для их улавливания, откуда они подаются на каталитическую переработку с использованием водяного пара с тем, чтобы получить водород, необходимый для гидрогенизации угля. Избыток этого энергоносителя реализуется внешним потребителям в виде газообразного топлива.Additional methane may be released into the gaseous phase (like other gaseous hydrocarbons), which is practically insoluble in water. Gases pass through a layer of water-salt solution 480 (inside mill 506), and then enter the system to capture them, from where they are fed to catalytic processing using water vapor in order to produce the hydrogen needed to hydrogenate coal. The excess of this energy source is sold to external consumers in the form of gaseous fuel.

Выпускаемый из мельницы 506 материал подается в сборник 512, снабженный смесительным устройством, откуда он подается посредством насоса 513 в гидроциклон 514, в котором уголь более интенсивно (по сравнению с мельницей 506) отделяется от негорючих инертных примесей, которые являются значительно более тяжелыми минералами, образующими часть исходного горючего минерала. Легкий продукт (не переработанный угольный концентрат) первого цикла отделения, выходящий из верхнего аксиального ниппеля цилиндрической части гидроциклона 514, подается в нагреваемый паром контейнер 515 (нагретый паром 491А), снабженный смесительным устройством, являющимся частью нагревающей и дополнительно перемалывающей подсистемы 640А. В результате нагревания плотность жидкой фазы суспензии падает, например, от 1,423 (при 25°С) до 1,403 г/см3 (при 50°С). Пониженная плотность повышает разделительные свойства раствора 480, поскольку он может отделять пустую породу, плотность которой ближе к плотности горючего материала.The material discharged from the mill 506 is fed to a collector 512 equipped with a mixing device, from where it is fed through a pump 513 to a hydrocyclone 514, in which coal is more intensive (compared to the mill 506) separated from non-combustible inert impurities, which are significantly heavier minerals forming part of the original combustible mineral. The light product (unprocessed coal concentrate) of the first separation cycle, coming out of the upper axial nipple of the cylindrical part of the hydrocyclone 514, is fed into the steam heated container 515 (heated with steam 491A) equipped with a mixing device that is part of the heating and additionally grinding unit 640A. As a result of the heating, the density of the liquid phase of the suspension drops, for example, from 1.423 (at 25 ° C) to 1.403 g / cm 3 (at 50 ° C). The reduced density increases the separation properties of solution 480, because it can separate waste rock, the density of which is closer to the density of combustible material.

Для достижения более полного размыкания срастания, поток материала может подаваться на второй этап перемалывания. Этот процесс выполняется в умеренно теплом режиме в барабане шаровой мельницы 516, также соединенной ее торцом с коллектором метана, но, В отличие от мельницы 506, покрытой толстым слоем термоизоляции. Тяжелые отходы первого перемалывающего этапа, выходящие из головки конической части гидроциклона 514, гидромеханическим образом выжимаются из жидкофазного остатка на фильтрующей центрифуге 517 и подаются в смесительное устройство 518 для смешивания с твердым остатком, извлеченным в конечной части технологической системы сжижения угля из тяжелого гидрогенизата. Более плотная часть смеси, отделенная посредством фильтрующей центрифуги 517, возвращается на первый цикл отделения для смешивания с поступающим из мельницы 506 продуктом для дальнейшего перемалывания. Выходящий из мельницы 516 поток (аналогично выходящему из мельницы 506) также подается из термически изолированного сборника 519, снабженного смесительным устройством, на отделение, реализуемое в гидроциклоне 521, покрытом термоизоляцией (чтобы избежать возвращения плотности жидкой фазы к ее исходной величине, при которой был реализован первый этап перемалывания и отделения).To achieve a more complete opening of the accretion, the material flow can be fed to the second grinding stage. This process is performed in a moderately warm mode in the drum of a ball mill 516, also connected by its end to a methane collector, but, Unlike a mill 506, covered with a thick layer of thermal insulation. The heavy waste of the first grinding stage, leaving the head of the conical part of the hydrocyclone 514, is hydro-mechanically squeezed out of the liquid-phase residue on the filter centrifuge 517 and fed to the mixing device 518 for mixing with the solid residue extracted from the heavy hydrogenated carbon in the final system of coal liquefaction. The denser portion of the mixture, separated by a filtering centrifuge 517, is returned to the first compartment cycle for mixing with the product coming from the mill 506 for further grinding. The flow coming out of the mill 516 (similar to that coming out of the mill 506) is also supplied from a thermally insulated collector 519 equipped with a mixing device to a compartment implemented in a hydro-cyclone 521 covered with thermal insulation (to avoid returning the density of the liquid phase to its original value at which the the first stage of grinding and separation).

Перемалывающая подсистема 640В с нагревом выполнена с возможностью нагревания и перемалывания горючего материала 490С с уменьшенным размером частиц для получения пасты 490Е из очищен- 25 029258The grinding subsystem 640V with heating is made with the possibility of heating and grinding of combustible material 490С with a reduced particle size to obtain a paste 490E from 25-592

ного горючего материала. Легкая фракция, выпускаемая из верхнего аксиального ниппеля цилиндрической части гидроциклона 521, подается в контейнер 522, снабженный смесительным устройством и нагреваемый с помощью пара 491 В, при этом технологический поток нагревается до 90-95°С, что приводит к дополнительному снижению плотности раствора хлорида цинка в воде от 1,403 до 1,354 г/см3 и падения его вязкости, соответственно, от 2,469 (25°С) и 1,454 (50°С) до 0,727 сантипуаз (следует отметить, что это значительно ниже вязкости пресной воды). Дальнейшее перемалывание этого не переработанного угольного концентрата осуществляется в вибромельнице (вибрационной перемалывающей мельнице) 523, также термически изолированной.Combustible material. The light fraction produced from the upper axial nipple of the cylindrical part of the hydrocyclone 521 is fed to the container 522 equipped with a mixing device and heated with 491 V steam, while the process stream is heated to 90-95 ° C, which leads to an additional decrease in the density of zinc chloride solution in water from 1.403 to 1.354 g / cm 3 and a decrease in its viscosity, respectively, from 2.469 (25 ° C) and 1.454 (50 ° C) to 0.727 centipoise (it should be noted that this is significantly lower than the viscosity of fresh water). Further grinding of this unprocessed coal concentrate is carried out in a vibrating mill (vibratory grinding mill) 523, also thermally insulated.

После этого конечное точное обогащение угля выполняется в сильном центробежном поле осадительной центрифуги 524, покрытой термоизоляцией. Высокая эффективность центробежного отделения в сильном центробежном поле осадительной центрифуги 524 обусловлена тем обстоятельством, что расслоение отделяемых минералов происходит в тяжелой среде с аномально низкой вязкостью. В отличие от отделения в гидроциклонах 514 и 521, расслоение исходной смеси минералов в быстрой осадительной центрифуге 524 выполняется в неподвижной жидкости, которая находится в покое относительно вращающегося сосуда, в котором она находится, который вращается вокруг горизонтальной оси, а не в турбулентном вращающемся потоке. Тяжелая, но невязкая жидкость, которая находится в покое относительно ротора центрифуги 524, вращается внутри центробежного сепаратора на той же скорости, что и барабан, вращающийся вокруг своей продольной горизонтальной оси с огромной угловой скоростью. В результате внутри ротора центрифуги возникает неподвижный рукав жидкости в форме тела вращения из кольцеобразного твердого вещества, и сверхчистый угольный концентрат всплывает на его внутреннюю цилиндрическую поверхность. Предпочтительно коэффициент разделения может достигать значений, которые значительно больше значений разделения, достигаемых в условиях расслоения минералов в гидроциклонах (и еще больше, чем для отделения в статических условиях), поскольку скорости вращения центробежных сепараторов достигают тысячи поворотов в минуту. Кроме того, в любом гидроциклоне жидкость двигается по закрученной траектории относительно ее неподвижной стенки. Это вызывает дополнительную потерю перепада турбулентного потока за счет большой площади контакта трущейся жидкости и твердых поверхностей, не говоря о значительной эрозии корпуса разделяющего устройства.After that, the final exact enrichment of coal is performed in a strong centrifugal field of a precipitation centrifuge 524, covered with thermal insulation. The high efficiency of the centrifugal compartment in a strong centrifugal field precipitating centrifuge 524 is due to the fact that the separation of separated minerals occurs in a heavy environment with anomalously low viscosity. Unlike the separation in hydrocyclones 514 and 521, the separation of the initial mixture of minerals in a fast precipitation centrifuge 524 is performed in a stationary liquid, which is at rest relative to the rotating vessel in which it is located, which rotates around a horizontal axis, and not in a turbulent rotating flow. The heavy, but non-viscous fluid, which is at rest relative to the rotor of the centrifuge 524, rotates inside the centrifugal separator at the same speed as the drum, rotating around its longitudinal horizontal axis with a huge angular velocity. As a result, a stationary sleeve of fluid in the form of a body of revolution of an annular solid appears inside the centrifuge rotor, and the ultra-pure coal concentrate floats on its inner cylindrical surface. Preferably, the separation factor can reach values that are significantly higher than the separation values achieved under the conditions of mineral separation in hydrocyclones (and even more than for separation under static conditions), since the rotational speeds of centrifugal separators reach thousands of turns per minute. In addition, in any hydrocyclone, the fluid moves along a twisted trajectory relative to its fixed wall. This causes an additional loss of the turbulent flow differential due to the large contact area of the rubbing fluid and solid surfaces, not to mention the significant erosion of the housing of the separating device.

Угольный материал сверхвысокой чистоты, полностью свободный от видимых минеральных примесей и представляющий собой продукт третьего, точного этапа обогащения угля (в перемалывающей подсистеме 640В с нагревом), выделяется при отделении легкого материала посредством осадительной центрифуги 524. В то же время сбрасываемые брикеты (тяжелый материал), представляющие собой отходы центробежного обогащения и содержащие последние следы горючего вещества, возвращаются в начало обогащающей части процесса посредством подъемника 525 (снабженного охлаждающим кожухом и вентилятором для охлаждения до окружающей температуры транспортируемого материала) для смешивания с входным технологическим потоком, входящим в мельницу 506 первого, холодного перемалывающего цикла.Ultra-high-purity coal material, completely free of visible mineral impurities and representing the product of the third, exact stage of coal enrichment (in the grinding subsystem 640B with heating), is released when light material is separated by a centrifuge 524. Precipitated briquettes , which are centrifugal enrichment wastes and containing the last traces of combustible matter, are returned to the beginning of the enrichment part of the process by means of a lift 525 (equipped with azhdayuschim casing and a fan for cooling to ambient temperature, the conveyed material) for mixing the input process stream, the mill 506 within the first cold the grinding cycle.

Глубоководная выжимающая и формирующая пасту подсистема 640С выполняет конечное глубоководное выжимание сверхчистого продукта третьего этапа отделения посредством подачи более легкого материала осадительной центрифуги 524 в фильтрующую центрифугу 526. После этого полученная прозрачная среда горячей воды и минералов возвращается посредством насоса 528 из термически изолированного сборника 527 в контейнер 522. Влажные угольные брикеты 490Ό, пропитанные водным раствором хлорида цинка (480), подаются на винтообразное смесительное устройство 529, нагреваемое посредством закрытого пара 491С для смешивания с горячим (140-190°С) пастообразующим веществом 470, содержащим, например, тетралин (1,2,3,4-тетрагидронафталин - С10Н12) с примесью антраценового масла (фракция угля-битумной смолы, кипящая в диапазоне 270-360°С), и микропримесь элементарной серы. Винтообразное смесительное устройство 529 с пастообразующим веществом 470, таким образом, превращает влажные брикеты горючего материала 490Ό в пасту 490Е из горючего материала. Однако происходит не только формирование пасты, но и из остаточной водянистой влаги (кипящей при высокой температуре, и, в результате, шнековый смеситель 529 работает под разрежением) дополнительно выпускается сверхчистый угольный концентрат 490Ό и конечные остатки водного раствора, содержащего минеральные соли, обеспечивающие катализацию процесса гидрогенизации с формированием микрокапель катализатора, превращаются в эмульсию. Водяные пары, образующиеся в процессе, откачиваются на конденсацию.The deepwater squeezing and paste forming subsystem 640C performs the final deepwater squeezing of the ultrapure product of the third separation stage by feeding the lighter material of the precipitation centrifuge 524 into the filter centrifuge 526. The resulting clear medium of hot water and minerals is returned to the 522 container from the thermally insulated collection 527 Wet coal briquettes 490Ό, impregnated with an aqueous solution of zinc chloride (480), are fed to the screw-shaped mixing device 529, n grevaemoe closed by a pair 491S for mixing with hot (140-190 ° C) 470 pastoobrazujushchego substance comprising, e.g., tetraline (1,2,3,4-tetrahydronaphthalene - C 10 H 12) doped with anthracene oil (fraction-bituminous coal resin boiling in the range of 270-360 ° C), and a trace element of elemental sulfur. The screw-shaped mixing device 529 with the paste-forming substance 470 thus turns the wet briquettes of combustible material 490Ό into a paste 490E of combustible material. However, not only paste formation takes place, but also from residual aqueous humor (boiling at high temperature, and, as a result, a 529 screw mixer works under vacuum) an extra pure coal concentrate 490Ό and final residues of an aqueous solution containing mineral salts are produced, providing the catalytic process hydrogenation with the formation of catalyst microdroplets, converted into an emulsion. Water vapor generated in the process is pumped to condensation.

Подсистема 650А псевдоожижения пасты выполнена с возможностью псевдоожижения пасты 490Е. Консистенция однородной пастообразной массы 490Е, подготовленной в шнековом смесителе 529, корректируется в смесительном устройстве 530 посредством добавления разбавляющего вещества 460, например изопропилового спирта (изопропанола СН3СНОНСН3), или посредством смешивания с некоторыми другими органическими растворителями и подачи на диспергатор 531. В нем твердые фазы угольно-нефтяной смеси дополнительно перетираются в сильном центробежном поле до колоидального размера, одновременно превращая катализатор в еще более тонкую эмульсию, для получения псевдоожиженного горючего материала 490Р. Сверхчистый угольный концентрат, тем самым, глубоко очищаетсяFluid fluidization subsystem 650A of the paste is adapted to fluidize the paste 490E. The consistency of a homogeneous pasty mass 490E, prepared in a screw mixer 529, is adjusted in a mixing device 530 by adding a diluent 460, such as isopropyl alcohol (isopropanol CH 3 SNONSN 3 ), or by mixing with some other organic solvents and feeding it to a dispersant 531. the solid phases of the coal-oil mixture are additionally ground in a strong centrifugal field to a coloidal size, at the same time turning the catalyst into an even thinner emulsion, for Acquiring the fluid fuel material 490R. Ultrapure coal concentrate, thereby deeply refined

- 26 029258- 26 029258

от минеральных примесей и перетирается в диспергаторе 531 до очень мелкого состояния в форме подвижной горячей нефте-угольной смеси 490Р, выпускаемой в виде сплошной струи посредством направляющего ниппеля 532, погруженного в этот жижу в принимающем конусе 532 подсистемы 660А гидрогенизации.from mineral impurities and frays in disperser 531 to a very fine state in the form of a mobile hot oil-coal mixture 490P, produced as a continuous jet by means of a guide nipple 532 immersed in this fluid in the receiving cone 532 of hydrogenation subsystem 660A.

Подсистема 660А гидрогенизации выполнена с возможностью гидрогенизации псевдоожиженной пасты 490Р, например, в вертикальной трубе (534) заканчивающейся снизу Т-образным соединением (536) с противоположно направленными форсунками (537), образующими реактивную турбину - Сегнерово колесо. В некоторых вариантах осуществления подсистема 660А гидрогенизации содержит вертикальный вал 534, выполненный с возможностью приема псевдоожиженной пасты и поддержания ее нисходящего потока 490Р; Сегнерово колесо 536, имеющее сообщение по текучей среде с вертикальным валом 534 и выполненное с возможностью приведения во вращение посредством протекающей псевдоожиженной пасты 490Р (посредством выпускания псевдоожиженной пасты 490Р через форсунки 537); камеру 538 гидрогенизации (также называемой далее слепой шахтой 538), окружающую нижний участок вертикального вала 534 и Сегнерово колесо 536. Камера 538 гидрогенизации дополнительно содержит нагревающий модуль 539, выполненный с возможностью нагревания псевдоожиженной пасты 490Р и 4900 (см. ниже), и источник 540 водорода, выполненный с возможностью введения водорода 450 в псевдоожиженную пасту 490Р, выходящую из Сегнерова колеса 536, для гидрогенизации псевдоожиженной пасты. Подсистема 660А гидрогенизации дополнительно содержит вертикальный кожух 535, имеющий сообщение по текучей среде с камерой 538 гидрогенизации и выполненный с возможностью поддержания восходящего потока 4900 гидрогенизированной псевдоожиженной пасты из камеры 538 гидрогенизации, обеспечивая при этом рекуперационный теплообмен между поднимающейся гидрогенизированной псевдоожиженной пастой 4900 и нисходящим потоком псевдоожиженной пасты 490Р.The hydrogenation subsystem 660A is designed to hydrogenate the 490P fluidized paste, for example, in a vertical pipe (534) terminated at the bottom with a T-shaped connection (536) with oppositely directed nozzles (537) forming the jet turbine — Segner’s wheel. In some embodiments, the hydrogenation subsystem 660A comprises a vertical shaft 534, configured to receive a fluidized paste and maintain its descending flow 490P; A segner wheel 536 having fluid communication with the vertical shaft 534 and configured to be brought into rotation by flowing fluidized paste 490P (by releasing fluidized paste 490P through nozzles 537); hydrogenation chamber 538 (hereinafter also referred to as blind shaft 538) surrounding the lower portion of the vertical shaft 534 and Segner wheel 536. The hydrogenation chamber 538 further comprises a heating module 539 configured to heat the fluidized paste 490P and 4900 (see below) and source 540 hydrogen, made with the possibility of introducing hydrogen 450 in the fluidized paste 490P, coming out of the Segner wheel 536, to hydrogenate the fluidized paste. The hydrogenation subsystem 660A further comprises a vertical case 535, which is in fluid communication with the hydrogenation chamber 538 and configured to support an upward flow 4900 of hydrogenated fluidized paste from the hydrogenation chamber 538, while providing recuperative heat exchange between the ascending hydrogenated fluidized pastes of the 4900 and one of the 89-piece set-ups. 490R.

Некоторые варианты осуществления изобретения содержат модуль 260А гидрогенизации, содержащий: вертикальный вал 534, выполненный с возможностью приема текучего горючего материала 490Р и поддержания его нисходящего потока; Сегнерово колесо 536, имеющее сообщение по текучей среде с вертикальным валом 534 и выполненное с возможностью приведения во вращение посредством протекающего текучего горючего материала; камеру 538 гидрогенизации, окружающую нижний участок вертикального вала 534 и Сегнерово колесо 538. Камера 538 гидрогенизации содержит нагревающий модуль 539, выполненный с возможностью нагревания текучего горючего материала, и источник 540 водорода, выполненный с возможностью введения водорода в текучий горючий материал, выходящий из Сегнерова колеса 538, для получения гидрогенизированной горючей текучей среды. Подсистема 260А гидрогенизации дополнительно содержит вертикальный кожух 535, имеющий сообщение по текучей среде с камерой 538 гидрогенизации и выполненный с возможностью поддержания восходящего потока 4900 гидрогенизированной горючей текучей среды из камеры 538 гидрогенизации, обеспечивая при этом рекуперационный теплообмен между поднимающейся гидрогенизированной горючей текучей средой 4900 и нисходящим потоком текучего горючего материала 490Р. Следует явно отметить, что модуль 260А гидрогенизации может быть частью системы 500 или может быть независимым модулем, принимающим текучий горючий материал из любого источника и подающим гидрогенизированную горючую текучую среду на любое устройство дальнейшей обработки. В некоторых вариантах осуществления вертикальный вал 534 и вертикальный кожух 538 имеют длину по меньшей мере один километр, и в подземной шахте для горючего материала находится Сегнерово колесо 538, используемой для генерирования текучего горючего материала. Более подробное описание модуля/подсистемы 660А гидрогенизации приведено ниже.Some embodiments of the invention comprise a hydrogenation module 260A comprising: a vertical shaft 534, configured to receive the flowable combustible material 490P and maintain its downward flow; A segner wheel 536 having fluid communication with the vertical shaft 534 and configured to be brought into rotation by means of a flowing flowable combustible material; a hydrogenation chamber 538 surrounding the lower portion of the vertical shaft 534 and the Segner wheel 538. The hydrogenation chamber 538 contains a heating module 539 configured to heat the flowing combustible material and a hydrogen source 540 configured to introduce hydrogen into the flowable combustible material coming out of the Segner wheel 538, to obtain a hydrogenated flammable fluid. The hydrogenation subsystem 260A further comprises a vertical housing 535 having fluid communication with the hydrogenation chamber 538 and configured to support an upward flow 4900 of hydrogenated flammable fluid from the hydrogenation chamber 538, while providing recuperative heat exchange between the rising hydrogenated flammable fluid 4900 and 498 and the heat exchange fluid between the ascending hydrogenated flammable fluid 4900 and 498 and the heat exchange fluid between the rising hydrogenated flammable fluid 4900 and the recovery heat exchange between the rising hydrogenated combustible fluid 4900 and the hydrogenation fluid 4900 and the recovery heat exchange between the rising hydrogenated combustible fluid 4900 and the hydrogenation fluid 5300 and hydrogen recharge. flowing combustible material 490Р. It should be explicitly noted that the hydrogenation module 260A may be part of the system 500 or it may be an independent module that receives a combustible flowable material from any source and supplies a hydrogenated combustible fluid to any further processing device. In some embodiments, the vertical shaft 534 and the vertical cover 538 are at least one kilometer in length, and in the underground mine for combustible material is Segner's wheel 538, used to generate a flowing combustible material. A more detailed description of the hydrogenation module / subsystem 660A is provided below.

Конус 533 является верхней часть вращающейся вертикальной трубы 534, заканчивающейся снизу Т-образным соединением 536 с противоположно направленными форсунками 537, образующими реактивную турбину - Сегнерово колесо. Таким образом, скользкая угольно-нефтяная смесь 490Р, подаваемая для гидрогенизации, является одновременно и рабочей средой для гидромеханического смесительного устройства. Однако некоторые варианты осуществления изобретения могут содержать другие подсистемы 650А гидрогенизации. Вращающаяся вертикальная труба 534, подающая этот поток для гидрогенизации, концентрическим образом вводится в вертикальную скважину 535, заканчивающуюся слепой шахтой 538 - вертикальный выемкой, защищенной с внутренней стороны от давления породы посредством герметичного бака.Cone 533 is the upper part of a rotating vertical pipe 534, ending at the bottom with a T-shaped connection 536 with oppositely directed nozzles 537, forming a jet turbine - Segner's wheel. Thus, the slippery coal-oil mixture 490P supplied for hydrogenation is at the same time the working medium for the hydromechanical mixing device. However, some embodiments of the invention may contain other hydrogenation subsystems 650A. The rotating vertical pipe 534, which feeds this stream for hydrogenation, is introduced in a concentric way into a vertical well 535, ending with a blind shaft 538 — a vertical recess protected from the inside of the rock pressure by means of a sealed tank.

Благодаря реакции струй высокого давления подвижной горячей угольно-нефтяной смеси, вытекающей из этих форсунок 537, обеспечивается вращение вокруг своей оси всего полого вертикального вала, окружающего столб угольно-нефтяной смеси 490Р, около тысячи и более метров высотой. Если требуется вращение с еще более высокими угловыми скоростями, смесительное устройство в слепой шахте 538 может приводиться во вращение с использованием дополнительного электрического привода. При этом в слепой шахте 538 самопроизвольно генерируется гидростатическое давление, достигающее ста атмосфер и более. Его величина зависит от глубины подземного рудника и высоты головки скважины ниже поверхности земли. Поскольку современные угольные шахты уже достигают глубины 1200-1400 м (рекорд глубины составляет 2042 м), и средний уровень подземного рудника по всему миру постоянно понижается, даже на глубине 1100-1300 м давление вертикального столба нагруженного весом угля под- 27 029258Due to the reaction of high-pressure jets of the movable hot coal-oil mixture flowing from these nozzles 537, rotation of its entire vertical hollow shaft surrounding the coal-oil mixture 490P column, about a thousand meters or more, is ensured around its axis. If rotation with even higher angular velocities is required, the mixing device in the blind shaft 538 can be rotated using an additional electric drive. At the same time in the blind mine 538 spontaneously generated hydrostatic pressure, reaching a hundred atmospheres and more. Its value depends on the depth of the underground mine and the height of the well head below the surface of the earth. Since modern coal mines are already reaching a depth of 1,200–1,400 m (the depth record is 2,042 m), the average level of an underground mine around the world is constantly decreasing, even at a depth of 1,100–1,300 m, the pressure of a vertical column of loaded coal weighs 27,092,508

вижной горячей жижи 490Р достигает, естественным образом, величин порядка 10-12 МПа в основании слепой шахты 538 без внешнего потребления энергии. Такое относительно высокое давление вполне достаточно для высоко эффективного сжижения угольного вещества 490Р с использованием нескольких высокоактивных катализаторов, приготовленных на основе водорастворимых неорганических соединений (включая молибденсодержащие соединения, происходящие, например, из раствора 480). Кроме того, температура окружающей пород на таких глубинах не подвержена дневным или сезонным колебаниям и является более высокой по сравнению с метеорологическими условиями в рабочий зоне сжижения угля в условиях земной поверхности, в частности, зимой. Хотя бесплатное использование тепла земной коры обеспечивает определенное уменьшение энергии потребления в описанном процессе, температуры около 45-55°С очевидно являются недостаточно высокими для термического разрушения сложных молекул в горючем материале 490Р и, таким образом, для инициирования взаимодействия возбужденных атомов углерода с водородом.The visually hot slurry 490P reaches, naturally, values of the order of 10-12 MPa at the base of the blind shaft 538 without external energy consumption. Such a relatively high pressure is quite sufficient for highly effective liquefaction of coal substance 490Р using several highly active catalysts prepared on the basis of water-soluble inorganic compounds (including molybdenum-containing compounds, originating, for example, from solution 480). In addition, the temperature of the surrounding rocks at such depths is not subject to daily or seasonal fluctuations and is higher than the meteorological conditions in the working zone of coal liquefaction in the conditions of the earth's surface, in particular, in winter. Although free use of the earth's crust heat provides a certain decrease in the energy consumption in the described process, temperatures around 45-55 ° C are obviously not high enough to thermally destroy complex molecules in the 490P combustible material and, thus, to initiate the interaction of excited carbon atoms with hydrogen.

Слепая шахта 538 может быть снабжена змеевиком 539 теплообменника с циркулирующим в нем высокотемпературным теплоносителем, поддерживающим температуру в зоне реакции гидрогенизации на уровне 390-420°С. Источник 450 водорода в зону гидрогенизации угля выполнен с использованием вертикальной системы барботажных устройств 540, установленных на периферии слепой шахты 538 таким образом, что струи газа 450 вводятся тангенциально со стороны внутренней боковой стенки полого цилиндра. При температуре 390-420°С и давлении 10-12 МПа в присутствии хлорида цинка с примесью парамолибдата аммония и элементарной серы в качестве катализатора (происходящего, например, из раствора 480 и из пастообразующего вещества 470), углерод, содержащийся в исходном минерале, активно реагирует как с молекулярным водородом (подаваемым в слепую шахту 538 в горячем состоянии из устройства для переработки метана и улавливаемый из исходного сырья в процессе уменьшения его размеров), так и участвует в реакции гидрогенизации угольного вещества 490Р с помощью атомного водорода, расщепляемого из компонентов пастообразующего вещества (главным образом, тетралина), проявляющего, в этой связи, повышенную реакционную активность.Blind shaft 538 can be equipped with a heat exchanger coil 539 with a high-temperature heat carrier circulating in it, which maintains the temperature in the hydrogenation reaction zone at the level of 390-420 ° C. Hydrogen source 450 into the coal hydrogenation zone is made using a vertical system of bubbling devices 540 installed on the periphery of the blind shaft 538 in such a way that gas jets 450 are introduced tangentially from the inside side wall of the hollow cylinder. At a temperature of 390-420 ° C and a pressure of 10-12 MPa in the presence of zinc chloride with an admixture of ammonium paramolybdate and elemental sulfur as a catalyst (occurring, for example, from solution 480 and from a paste-forming substance 470), the carbon contained in the original mineral reacts with molecular hydrogen (supplied to the blind mine 538 in a hot state from the methane processing device and captured from the feedstock in the process of reducing its size), and participates in the hydrogenation reaction of the coal substance 490Р with atomic hydrogen cleaved from the components of the paste-forming substance (mainly tetralin), showing, in this connection, an increased reactivity.

Горячий водород 450 может подаваться из системы переработки метана и вводиться под высоким давлением в слепую шахту 538 тангенциально на ее внутреннюю цилиндрическую поверхность через несколько соединительных трубок, размещенных на различных уровнях высоты с тем, чтобы обеспечить не только тонкий контроль теплового режима гидрогенизации, но также для использования его в качестве смесительного агента, поскольку высотная отметка местоположения исходного потока, поступающего на гидрогенизацию, превышает уровень выпуска добываемой смеси углеводородов (4900), поднимающейся по кольцеобразному проему между скважиной 535 и аксиальной трубой 534, искусственный нефтепродукт, получаемый в результате реакции гидрогенизации, попадает в пустое пространство расширенной части головки скважины 535.Hot hydrogen 450 can be supplied from the methane processing system and injected under high pressure into the blind shaft 538 tangentially to its internal cylindrical surface through several connecting tubes placed at different height levels in order to provide not only fine control of the thermal mode of hydrogenation, but also for use it as a mixing agent, because the elevation of the location of the source stream entering the hydrogenation exceeds the level of production of the extracted mixture glevodorodov (4900), the rising of the annular aperture between the bore 535 and axial tube 534, an artificial oil product resulting from the hydrogenation reaction, enters the empty space expanded head portion 535 of the well.

В процессе противотока потоков 490Р, 4900 материала происходит рекуперационный теплообмен между горячим искусственным нефтепродуктом 4900, поднимающимся из слепой шахты 538, и свежей угольно-нефтяной смесью, спускающейся в противоположном направлении по аксиальной трубе 534. Смесь углеводородов 4900, спустившаяся из зоны гидрогенизации в слепую шахту 538 и достигшая поверхности грунта, входит в сепаратор 541, расположенный в головке скважины 535 на поверхности грунта и представляющий собой полый вертикальный герметичный сосуд в форме перевернутого баллона. Основные продукты процесса собираются в виде горючей жидкости и гидрогенизированного материала 490Н. Пар/газообразная фаза продукта 490Н могут быть отделены от жидкого продукта и подвергнуты дополнительной обработке. Полученная парогазовая смесь может подаваться на обработку из горячего сепаратора 541 через форсунку 542, и, в результате, непрореагировавший водород (в виде газа, который не может сконденсироваться в этой системе) может возвращаться в слепую шахту 538 для его повторного использования в процессе гидрогенизации. Газы, растворенные в поднимающейся жидкости 4900, могут отводиться за счет разницы давления над поверхностью. Парогазовая смесь, выпускаемая из этой углеводородной жидкости, может подаваться на рекуперацию ее тепловой энергии на соответствующее внешнее теплообменивающее оборудование (не изображено). После этого она может направляться на холодный сепаратор (не изображен) для охлаждения, конденсации и последующего разделения на отводимый водородосодержащий газ повторной циркуляции, возвращаемый обратно в процесс, и легкий конденсированный гидрогенизат.In the process of countercurrent of flows 490P, 4900 of material, recuperative heat exchange occurs between hot artificial petroleum product 4900, rising from a blind shaft 538, and fresh coal-oil mixture, which descends in the opposite direction along an axial pipe 534. A mixture of hydrocarbons 4900, which descends from a hydrogenation zone to a blind shaft 538 and reaching the surface of the soil, enters the separator 541, located in the head of the well 535 on the surface of the soil and is a hollow vertical sealed vessel in the shape of an inverted balloon. The main products of the process are collected in the form of a flammable liquid and hydrogenated material 490H. The vapor / gas phase of the 490H product can be separated from the liquid product and subjected to additional processing. The resulting gas-vapor mixture can be fed to the treatment from the hot separator 541 through the nozzle 542, and as a result, unreacted hydrogen (in the form of gas that cannot condense in this system) can be returned to the blind mine 538 for reuse in the hydrogenation process. Gases dissolved in rising fluid 4900 can be discharged due to the pressure difference above the surface. The gas-vapor mixture discharged from this hydrocarbon liquid can be fed to the recovery of its thermal energy by the corresponding external heat exchanging equipment (not shown). After that, it can be sent to a cold separator (not shown) for cooling, condensation, and subsequent separation into reusable hydrogen-containing gas that is recycled back into the process, and light condensed hydrogenation.

Конечная очистка и обработка остатков продукта гидрогенизации, после отделения от них горючей жидкости и гидрогенизированного материала 490Н, может выполняться в подсистеме 620В очистки и отделения остатков. Жидкая смесь сильно кипящих остаточных после гидрогенизации продуктов (489В), после их освобождения от растворенных газов и текучего горючего материала, может быть все еще загрязнена остатками твердым не псевдоожиженным материалом. Смесь 489В выпускается из более низкой части сепаратора 541 в холодильную установку 544 посредством боковой форсунки 543 и скапливается в отстойнике 545, откуда конденсированная жижа подается для глубоководного выжимания пропитывающей жидкой фазы в фильтрующую центрифугу периодического действия 546.The final cleaning and processing of the residues of the hydrogenation product, after separating the combustible liquid and the hydrogenated material 490H from them, can be performed in the 620B cleaning subsystem and the separation of residues. The liquid mixture of highly boiling residual products after hydrogenation (489B), after their release from dissolved gases and flowing combustible material, may still be contaminated by residues of solid, non-fluidized material. The mixture 489B is discharged from the lower part of the separator 541 into the refrigeration unit 544 through the side nozzle 543 and accumulates in the sump 545, from where condensed liquid is fed for deep-water squeezing of the impregnating liquid phase to the batch centrifuge 546.

Брикет, периодически выжимаемый на центрифуге 546, очищается в ней (также в периодическом режиме) от последних пропитывающих остатков тяжелого гидрогенизата посредством органическогоBriquette, periodically squeezed in a centrifuge 546, is cleaned in it (also in a batch mode) from the last impregnating residues of heavy hydrogenation with an organic

- 28 029258- 28 029258

растворителя 440, например, нефтяного эфира (смеси легких углеводородов, преимущественно насыщенных, с пятью и шестью атомами углерода). Затем он проходит через сушильное устройство 547 для получения остаточного продукта 4901 и отходов 489С, загружаемых на ленточный транспортер 548, который транспортирует эти отходы на смесительное устройство 518 для смешивания с влажным тяжелым продуктом, удаленным из исходного горючего минерала еще на первом этапе его перемалывания. Материал, выпускаемый из отстойника 545, объединяется с фильтратом центрифуги 546, и полученный таким образом тяжелый гидрогенизат, уже полностью свободный от твердой фазы, направляется на дальнейшую обработку, которая осуществляется, однако, на нефтеперегонной установке.solvent 440, for example, petroleum ether (a mixture of light hydrocarbons, predominantly saturated, with five and six carbon atoms). It then passes through a drying device 547 to obtain a residual product 4901 and waste 489C, loaded onto a belt conveyor 548, which transports this waste to a mixing device 518 for mixing with a wet heavy product removed from the original combustible mineral at the first stage of its grinding. The material discharged from the sump 545 is combined with the filtrate of the centrifuge 546, and the heavy hydrogenation product thus obtained, already completely free from solids, is sent for further processing, which is carried out, however, in an oil refinery.

Подсистема 620А обработки отходов может принимать пустую породу на всех этапах процесса, например, отходы 489 из сепарирующей подсистемы 610А транспортировки на плаву, отходы 489А из перемалывающих и измельчающих подсистем 630А, 640А, 640В, 640С, и также отходы 489С из подсистемы 620В очистки и отделения остатков. Влажная смесь твердых отходов, полученная в смесительном устройстве 518, очищается посредством горячей пресной воды от последних остатков минеральных солей, выводимых из технологического процесса путем многоступенчатого противотокового омывания в ленточном вакуум-фильтре 509, с перемалыванием в герметичной мельнице 510 (с одновременным улавливанием метана). Затем ее удаляют из цикла добычи и размещают в выработанном пространстве в качестве дешевого засыпного материала. Промывочная вода, полученная в процессе противотокового омывания, представляющая собой разбавленный раствор хлорида цинка в воде с примесью молибденсодержащих соединений, направляется из сборника 549 посредством насоса 550 в испарительную систему 551 для испарения. Разреженный водяной пар, выпущенный в процессе испарения из раствора, сжижается в конденсаторе 552. Полученный пресный горячий конденсат возвращается на первую ступень противотокового омывания твердых отходов в ленточном вакуум-фильтре 509. Водный раствор хлорида цинка с оставшимися примесями молибденсодержащих соединений, восстановленный до необходимой исходной плотности 1,423 г/см3 посредством испарения, посредством насоса 511 удаляется из внутренней петли циркуляции испарительной системы 551 в начало процесса, т.е., в систему гидростатического угольного подъемника. Таким образом, производственный цикл хлорида цинка и молибденсодержащих соединений, используемых в качестве водно-соляного раствора 480 в процессе, а также производственный цикл минеральных солей, обеспечивающих катализацию процесса гидрогенизации, может быть практически замкнутыми. При надлежащих производственных стандартах необратимые потери этих веществ являются минимальными.The waste treatment subsystem 620A can receive waste rock at all stages of the process, for example, waste 489 from the afloat transportation separation subsystem 610A, waste 489A from the grinding and grinding subsystems 630A, 640A, 640V, 640C, and also waste 489С from the 620V cleaning and separation system residues. The wet solid waste mixture obtained in the mixing device 518 is cleaned with hot fresh water from the last residues of mineral salts removed from the process by multistage countercurrent washing in a vacuum belt filter 509, with grinding in an airtight mill 510 (with simultaneous trapping of methane). Then it is removed from the production cycle and placed in the developed space as a cheap bulk material. Wash water obtained in the countercurrent washing process, which is a dilute solution of zinc chloride in water mixed with molybdenum-containing compounds, is sent from collector 549 through a pump 550 to an evaporation system 551 for evaporation. Sparse water vapor released during evaporation from the solution is liquefied in condenser 552. The resulting fresh hot condensate returns to the first stage of countercurrent washing of solid waste in a belt vacuum filter 509. An aqueous solution of zinc chloride with the remaining molybdenum-containing admixtures recovered to the required initial density 1.423 g / cm 3 by evaporation, by means of the pump 511 is removed from the internal circulation loop of the evaporator system 551 in the beginning of the process, i.e., in the hydrostatic system Skogen coal lift. Thus, the production cycle of zinc chloride and molybdenum-containing compounds used as water-salt solution 480 in the process, as well as the production cycle of mineral salts that catalyze the hydrogenation process, can be almost closed. With proper manufacturing standards, the irreversible loss of these substances is minimal.

Таким образом, предпочтительно описанные выше способы и системы в угледобывающей промышленности для производства искусственного жидкого топлива в подземных условиях являются энергосберегающими и экологически чистыми, и их использование может способствовать существенному повышению технической и экономической эффективности обработки горючих минералов, в частности, тех, которые имеют повышенное содержание негорючих минеральных примесей. В то же время обеспечивается извлечение композиционных материалов (за счет связанного с этим извлечения из исходного сырья метана) и может быть выполнено сжижение (благодаря повышенной чистоте угольного концентрата, подаваемого для гидрогенизации, который, кроме того, глубоко пропитан катализатором процесса гидрогенизации и не втупал в контакт с кислородом воздуха в процессе его транспортировки и перемалывания). Это сокращает удельное потребление исходного твердого горючего минерала на тонну полученного жидкого продукта. Кроме того, существенно ослабляется вредоносное влияние подземного рудника и производства искусственного жидкого топлива на природную окружающую среду, поскольку все отходы такого предприятия размещаются в подземном выработанном пространстве. Кроме того, выпуск готового продукта - искусственного нефтепродукта, производимого с использованием угольных шахт в подземных условиях, -вместо извлечения на поверхность земли необогащенного твердого топлива, позволяет не только исключить из оборудования шахты таких мощных энергопотребителей, как кабельные лебедочные подъемники (мощность электрического привода подъемников в современных шахтах достигает 15 000 кВт) и углеобогатительные установки (общая электрическая мощность приводов наземных устройств может достигать 10 000 кВт), но также полностью отказаться от использования железнодорожного транспорта. В этой ситуации значительно более рентабельной является доставка продукта до места его назначения путем транспортировки по трубопроводу, что является примерно в три таза более дешевым способом, чем транспортировка железной дорогой (не говоря уж о механических потерях твердого топлива в результате выдувания ветром из железнодорожных вагонов угольной пыли).Thus, it is preferable that the above-described methods and systems in the coal mining industry for the production of artificial liquid fuels in underground conditions are energy-saving and environmentally friendly, and their use can significantly increase the technical and economic efficiency of processing combustible minerals, in particular those that have a high content. non-combustible mineral impurities. At the same time, extraction of composite materials is ensured (due to the associated extraction of methane from the feedstock) and liquefaction can be carried out (due to the increased purity of the coal concentrate supplied for hydrogenation, which, moreover, is deeply impregnated with the catalyst of the hydrogenation process and did not sink into contact with air oxygen during transportation and grinding). This reduces the specific consumption of the original solid combustible mineral per ton of the resulting liquid product. In addition, the harmful effects of an underground mine and the production of artificial liquid fuels on the natural environment are significantly weakened, since all the waste of such an enterprise is located in an underground underground space. In addition, the release of the finished product — an artificial petroleum product produced using underground coal mines — instead of extracting raw solid fuel to the earth’s surface, makes it possible not only to exclude such powerful energy consumers as cable winch lifts from the mine’s equipment modern mines reaches 15,000 kW) and coal preparation plants (the total electrical power of ground-based device drives can reach 10,000 kW), but also Do not completely abandon the use of rail transport. In this situation, it is much more cost-effective to transport the product to its destination by transporting it through a pipeline, which is about three pelvis cheaper than transporting the railway (not to mention the mechanical loss of solid fuel as a result of blowing coal dust out of railway cars. ).

Предпочтительно раскрытые способы и системы могут представлять особый интерес для глубоководных и супер-глубоководных отложений энергетических минералов. Например, достигнутый на настоящий момент в угледобывающей промышленности рекорд глубины приближается к 2000 м. Сжижение угля на таких экстремальных глубинах приводит к росту рабочего давления в зоне его гидрогенизации до 21-22 МПа (без привлечения подводимой мощности извне), что значительно интенсифицирует такой подземный технологический процесс и существенно облегчает переработку даже наиболее карбонизированных видов горючих минералов в искусственный нефтепродукт. Однако, согласно современной геологической науке, угольные пласты простираются на еще большие глубины, что открывает перспективы разработки этих огромных залежей энергетических минералов не для добычи твердого топлива, аPreferably, the disclosed methods and systems may be of particular interest for deep-sea and super-deep-sea sediments of energy minerals. For example, the current depth record in the coal industry is approaching 2000 m. Coal liquefaction at such extreme depths leads to an increase in the operating pressure in the hydrogenation zone to 21-22 MPa (without attracting input power from outside), which significantly intensifies such underground technological process and greatly facilitates the processing of even the most carbonized types of combustible minerals into artificial petroleum products. However, according to modern geological science, coal seams extend to even greater depths, which opens up prospects for the development of these huge deposits of energy minerals, not for the extraction of solid fuels, but

- 29 029258- 29 029258

для конверсии горной промышленности из угледобычи в экологически чистую добычу синтетического жидкого топлива. Постоянный рост температуры окружающего пласта с понижением уровня подземного рудника обеспечивает значительное повышение доли бесплатной тепловой энергии недр Земли в общем энергобалансе технологического процесса. Кроме того, насыщение угля и окружающего пласта метаном резко растет с увеличением местонахождения глубины пласта угля.for the conversion of mining from coal mining to environmentally friendly production of synthetic liquid fuels. The constant rise in the temperature of the surrounding formation with a decrease in the level of the underground mine provides a significant increase in the share of free thermal energy of the Earth’s subsoil in the overall energy balance of the process. In addition, the saturation of coal and the surrounding formation with methane increases dramatically with increasing location of the coal seam.

Таким образом, возможность комплексного использования потенциала мощности добываемого сырья с одновременным извлечением метана предпочтительно отличает способ изобретения от известных технологий переработки твердого топлива в альтернативные энергоносители. Пониженная потребность в водороде также способствует рентабельности подземного сжижения угля по сравнению с наземной добычей искусственного жидкого топлива. Дело в том, что новый добываемый горючий минерал, полученный из забоя шахты, немедленно становится изолированным от атмосферы шахты посредством оперативного погружения в водно-солевое вещество. Таким образом, атмосферный кислород теряет контакт с угольной компонентой горючего минерала и инициирует механизм его эндогенного окисления. В целом, основное преимущество технологического процесса изобретения заключается в постоянном повышении технической и экономической эффективности подземного сжижения угля, в то время как традиционных подходы к производству искусственного жидкого топлива (когда система сжижения угля располагается на поверхности) приводят к неотвратимому росту основной себестоимости производимого искусственного жидкого топлива и к вредоносному влиянию такой промышленной активности на природную окружающую среду, когда подземный рудник достигает больших глубин.Thus, the possibility of integrated use of the potential of the power of the extracted raw materials with simultaneous extraction of methane preferably distinguishes the method of the invention from the known technologies for processing solid fuels into alternative energy sources. The reduced need for hydrogen also contributes to the profitability of the underground liquefaction of coal as compared to the surface extraction of artificial liquid fuels. The fact is that the new extracted combustible mineral obtained from the mine bottom immediately becomes isolated from the atmosphere of the mine by means of operational immersion into the water-salt substance. Thus, atmospheric oxygen loses contact with the coal component of the combustible mineral and initiates the mechanism of its endogenous oxidation. In general, the main advantage of the technological process of the invention is the constant increase in the technical and economic efficiency of underground coal liquefaction, while traditional approaches to the production of artificial liquid fuel (when the coal liquefaction system is located on the surface) lead to an inevitable increase in the basic cost of artificial liquid fuel. and to the harmful effects of such industrial activity on the natural environment when an underground mine reaches deeper depths.

В некоторых вариантах осуществления способ обработки горючих минералов содержит следующие этапы: предварительно подготавливают исходное сырье по размеру с его последующей гравитационной концентрацией, смешивают полученный концентрат с пастообразующим веществом и выполняют гидрогенизацию угольного вещества в горячем режиме при повышенном давлении, после чего отделяют смесь жидких продуктов сжижения от остающегося твердого инертного остатка. После предварительной подготовки исходного сырья по размеру, реализуемой в подземных условиях, размолотый материал загружают в столб жидкой среды с плотностью, промежуточной между плотностью горючего минерала и пустой породы, подготовленной путем растворения в воде минеральных солей, оказывающих каталитическое влияние на дальнейшую гидрогенизацию добытого горючего минерала. После этого выполняют поступенчатое влажное перемалывание и концентрацию посредством гравитации обогащенного материала, находящегося на плаву на поверхности земли, в том же водно-солевом веществе в рамках трехэтапового обогащения. Затем полученный конечный концентрат смешивают с пастообразующим веществом, разбавляют посредством органического растворителя, перетирают до коллоидального размера и подают для гидрогенизации в слепой шахте на полый вращающийся вал, установленный в вертикальной скважине и заканчивающийся Сегнеровым колесом. Гидрогенизат, поднимающийся в кольцеобразном проеме между полым вращающимся валом и вертикальной скважиной, освобождают от растворенных в нем газов, отделяют от твердого остатка, и продукт сжижения горючего минерала поступает для перегонки на фракции.In some embodiments, the method of treating combustible minerals comprises the following steps: preliminarily prepare the feedstock in size with its subsequent gravitational concentration, mix the resulting concentrate with a paste-forming substance and hydrogenate the coal substance in a hot mode at elevated pressure, after which the mixture of liquid liquefaction products is separated from the remaining solid inert residue. After preliminary preparation of the feedstock in size sold in underground conditions, the milled material is loaded into a liquid medium column with a density intermediate between the density of the combustible mineral and the waste rock prepared by dissolving mineral salts in water that have a catalytic effect on the further hydrogenation of the extracted mineral mineral. After that, step-by-step wet grinding and concentration by means of gravity of an enriched material that is afloat on the surface of the earth are performed in the same water-salt substance within the framework of a three-stage enrichment. Then, the resulting final concentrate is mixed with a paste-forming substance, diluted with an organic solvent, ground to a colloidal size, and fed to a hollow rotating shaft installed in a vertical well and ending with a Segner wheel for hydrogenation in a blind shaft. The hydrogenate rising in the annular opening between the hollow rotating shaft and the vertical well is freed from gases dissolved in it, separated from the solid residue, and the product of liquefying the combustible mineral is fed to the distillation into fractions.

В некоторых вариантах осуществления пустую породу, затопленную после ее поступления в столб водно-солевой среды, выжимают из жидкой фазы, споласкивают водой и грунтом, одновременно улавливая метан, выпущенный в газообразную фазу в процессе уменьшения размера указанной пустой породы, после чего ее размещают в выработанном пространстве.In some embodiments, the waste rock flooded after it enters the water-salt medium column is squeezed out of the liquid phase, rinsed with water and soil, at the same time trapping methane released into the gaseous phase in the process of reducing the size of said waste rock, after which it is placed in the developed space.

В некоторых вариантах осуществления способ дополнительно содержит этап, на котором перемалывание находящегося на плаву материала на первой ступени обогащающего каскада выполняют при температуре окружающей среды в том же растворе, с одновременным улавливанием выпущенного метана, в мельнице, работающей в замкнутом цикле с сепаратором горючего минерала.In some embodiments, the method further comprises the step of grinding the material being afloat in the first stage of the enrichment cascade at ambient temperature in the same solution, while simultaneously collecting the released methane, in a mill operating in a closed loop with a separator of a combustible mineral.

В некоторых вариантах осуществления продукт первой ступени обогащающего каскада, перемешанный в водно-солевом растворе, нагревают и дополнительно перемалывают с одновременным улавливанием выпущенного метана на второй ступени обогащающего каскада, в то же время его дополнительно отделяют под действием умеренного нагревания.In some embodiments, the implementation of the product of the first stage of the enrichment cascade, mixed in an aqueous salt solution, is heated and additionally milled with simultaneous capture of released methane in the second stage of the enrichment cascade, while at the same time it is additionally separated under the action of moderate heating.

В некоторых вариантах осуществления полученный технологический поток второй ступени обогащающего каскада нагревают на третьей ступени обогащающего каскада до еще более высокой температуры, не достигающей точки кипения водно-солевого вещества, после чего дополнительно перемалывают его твердую фазу до очень мелкого состояния и, наконец, точно отделяют от последних остатков видимых минеральных примесей в сильном центробежном поле в горячем технологическом режиме.In some embodiments, the obtained process stream of the second stage of the enrichment cascade is heated at the third stage of the enrichment cascade to an even higher temperature that does not reach the boiling point of the water-salt substance, after which it additionally grinds its solid phase to a very fine state and, finally, is precisely separated from the last remnants of visible mineral impurities in a strong centrifugal field in a hot technological mode.

В некоторых вариантах осуществления отходы второго и третьего этапов обогащения под действием гравитации выжимают из остатка жидкой фазы и возвращают на влажное перемалывание в цикл первой ступени обогащающего каскада, с последующим удалением из процесса вместе с отходами первой ступени обогащающего каскада.In some embodiments, the implementation of the waste of the second and third stages of enrichment under the action of gravity is squeezed out of the residue of the liquid phase and returned to wet grinding at the first stage of the enrichment cascade, followed by removal from the process along with the waste of the first stage of the enrichment cascade.

В некоторых вариантах осуществления твердый остаток, отделенный от продукта сжижения горючего минерала, очищают от пропитывающей смеси углеводородов с помощью органического растворителя, высушивают и смешивают с обезвоженными отходами первой ступени обогащающего каскада, смешанными с отходами второго и третьего этапов обогащения, после чего полученную смесь инертныхIn some embodiments, the implementation of the solid residue, separated from the product of the liquefaction of a combustible mineral, is purified from the impregnating mixture of hydrocarbons with an organic solvent, dried and mixed with the dehydrated waste of the first stage of the enrichment cascade, mixed with the waste of the second and third stages of enrichment, after which the resulting mixture is inert

- 30 029258- 30 029258

минералов ополаскивают пресной водой вместе с пустой породой, затопленной в столбе водно-солевой среды, после чего подают исходное раздробленное сырье на последний.the minerals are rinsed with fresh water along with the waste rock flooded in a column of water-salt medium, after which the initial crushed raw material is fed to the latter.

В некоторых вариантах осуществления промывочную воду, остающуюся после процесса очистки отходов, испаряют до ее исходной плотности и возвращают в начало процесса.In some embodiments, the implementation of the wash water remaining after the waste treatment process is evaporated to its original density and returned to the beginning of the process.

В некоторых вариантах осуществления повышение давления и сжижение добываемого природного газа могут выполнять с использованием любых описанных выше вариантов осуществления.In some embodiments, the implementation of the increase in pressure and liquefaction of the produced natural gas can be performed using any of the above-described embodiments.

В некоторых вариантах осуществления минеральные соли, используемые для приготовления водносолевого вещества, с плотностью, промежуточной между плотностью горючего минерала и пустой породы, могут содержать отдельные неорганические соединения и/или их смеси, например хлориды или бромиды цинка или олова, различные сульфаты железа, соли аммония молибденовых кислот, а также формиат калия, который оказывает позднее позитивное влияние на процесс гидрогенизации либо за счет его каталитического эффекта, либо за счет выделения атомного водорода.In some embodiments, the implementation of mineral salts used for the preparation of water-salt substances, with a density intermediate between the density of the combustible mineral and barren rock, may contain individual inorganic compounds and / or mixtures thereof, such as zinc or tin chlorides or bromides, various ferrous sulfates, ammonium salts molybdic acids, as well as potassium formate, which later has a positive effect on the hydrogenation process, either due to its catalytic effect or due to the release of atomic hydrogen a.

В некоторых вариантах осуществления пастообразующее вещество для приготовления угольнонефтяной смеси, подаваемое для гидрогенизации, может содержать органические соединения ароматического ряда, которые могут служить в качестве доноров атомного водорода, например, тетралин, метилнафталин, смесь хинолина с фенолом, крезол, раствор нафталина в феноле, технический антрацен и другие компоненты антраценового масла.In some embodiments, the paste-forming substance for preparing an oil-carbon mixture supplied for hydrogenation may contain organic compounds of the aromatic series that can serve as atomic hydrogen donors, for example, tetralin, methylnaphthalene, a mixture of quinoline with phenol, cresol, naphthalene solution in phenol, technical anthracene and other components of anthracene oil.

В некоторых вариантах осуществления растворитель угольно-нефтяной смеси для корректировки ее консистенции может содержать продукты обработки бензина и/или отдельные органические соединения и их смеси, полученные синтетическим образом, например изопропанол и другие спирты.In some embodiments, the implementation of the solvent of the coal-oil mixture to adjust its consistency may contain gasoline processing products and / or individual organic compounds and mixtures thereof obtained in a synthetic way, for example, isopropanol and other alcohols.

Следует отметить, что некоторые варианты осуществления настоящего изобретения позволяют преодолеть большинство проблем транспортировки, присущие известным технологиям, посредством выполнения сжижения под землей вблизи фактического места добычи горючего материала. Подземное расположение также устраняет многие неблагоприятные воздействия на окружающую среду, присущие известным технологиям. Кроме того, отделение горючего материала посредством транспортировки на плаву решает как проблему подачи, так и проблему удаления пустой породы, поскольку последнюю можно просто возвращать в подземную шахту после описанной выше обработки. Наконец, значительно снижается потребность в энергии благодаря использованию Сегнерова колеса, вращаемого под действием потока материала, и использованию тепловой энергии и давления, обеспеченным за счет подземного местоположения камеры гидрогенизации. Процессы может быть организованы, как проиллюстрировано выше, с максимальным вторичным использованием жидкостей, используемых в процессе, с использованием водорода, извлеченного из горючего материала для гидрогенизации и минимизацией потребления энергии, обеспечивая при этом максимальную эффективность сжижения.It should be noted that some embodiments of the present invention overcome most of the transportation problems inherent in known technologies by performing a liquefaction underground near the actual place of extraction of combustible material. Underground location also eliminates many of the adverse environmental effects associated with known technologies. In addition, the separation of combustible material by means of transportation afloat solves both the problem of feeding and the problem of removing waste rock, since the latter can simply be returned to the underground mine after the processing described above. Finally, the energy requirement is significantly reduced due to the use of the Segner wheel, which is rotated under the influence of the material flow, and the use of thermal energy and pressure, provided by the underground location of the hydrogenation chamber. Processes can be organized, as illustrated above, with maximum reuse of the fluids used in the process, using hydrogen extracted from the combustible material for hydrogenation and minimizing energy consumption, while ensuring maximum liquefaction efficiency.

В приведенном выше описании вариант осуществления представляет собой пример или реализацию изобретения. Различные выражения типа "один вариант осуществления", "вариант осуществления", "определенные варианты осуществления" или "некоторые варианты осуществления" не обязательно все относятся к одним и тем же вариантам осуществления.In the above description, the embodiment is an example or implementation of the invention. Different expressions such as "one embodiment", "an embodiment", "certain embodiments of" or "certain embodiments of" are not necessarily all refer to the same embodiments.

Хотя различные признаки изобретения могут быть описаны в контексте единственного варианта осуществления, признаки могут также быть приведены отдельно или в любой допустимой комбинации. И наоборот, хотя изобретение может быть описано в данном документе для ясности в контексте отдельных вариантов осуществления, изобретение может также быть реализовано в единственном варианте осуществления.Although the various features of the invention may be described in the context of a single embodiment, the features may also be provided separately or in any acceptable combination. Conversely, although the invention may be described herein for clarity in the context of separate embodiments, the invention may also be implemented in a single embodiment.

Некоторые варианты осуществления изобретения могут включать в себя признаки из различных раскрытых выше вариантов осуществления, при этом некоторые варианты осуществления могут содержать элементы из других раскрытых выше вариантов осуществления. Раскрытие элементов изобретения в контексте конкретного варианта осуществления не должно восприниматься как их ограничение, используемое отдельно в конкретном варианте осуществления.Some embodiments of the invention may include features from various embodiments disclosed above, while some embodiments may contain elements from other embodiments disclosed above. Disclosure of the elements of the invention in the context of a specific embodiment should not be taken as limiting them, used separately in a particular embodiment.

Кроме того, следует понимать, что изобретение может выполняться или осуществляться различными способами, и что изобретение может быть реализовано в виде некоторых вариантов осуществления, отличных от приведенных в описании выше.In addition, it should be understood that the invention can be performed or implemented in various ways, and that the invention can be implemented in the form of some embodiments other than those described in the description above.

Изобретение не ограничено приведенными схемами или соответствующими описаниями. Например, поток не должен проходить через каждый проиллюстрированный блок или состояние, или в точно таком порядке же порядке, как проиллюстрировано и описано.The invention is not limited to the diagrams or corresponding descriptions. For example, a stream should not go through each illustrated block or state, or in exactly the same order as illustrated and described.

Значения технических и научных терминов, используемых в данном документе, должны пониматься так, как они употребляются специалистами в той области техники, к которой относится изобретение, если не определено иначе.The meanings of technical and scientific terms used in this document should be understood as they are used by experts in the field of technology to which the invention relates, unless otherwise specified.

Хотя изобретение описано применительно к ограниченному количеству вариантов осуществления, их не следует рассматривать как ограничение объема изобретения, но скорее, как пояснение примеров нескольких предпочтительных вариантов осуществления. Другие возможные вариации, модификации и варианты использования также включены в объем изобретения. Аналогичным образом предполагается, что объем изобретения не ограничен вышеописанным, но прилагаемой формулой изобретения и ее законными эквивалентами.Although the invention has been described with reference to a limited number of embodiments, they should not be construed as limiting the scope of the invention, but rather as an explanation of examples of several preferred embodiments. Other possible variations, modifications and uses are also included in the scope of the invention. Similarly, it is assumed that the scope of the invention is not limited to the above, but the attached claims and its legal equivalents.

- 31 029258- 31 029258

Claims (13)

ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯCLAIM 1. Способ получения синтетического топлива из горючего материала, содержащий следующие этапы:1. The method of obtaining synthetic fuel from combustible material, containing the following steps: гравитационно отделяют горючий материал от пустой породы в водно-соляном растворе, выбранном так, что он имеет плотность, промежуточную между плотностью горючего материала и плотностью пустой породы;combustible material is gravitationally separated from waste rock in a water-salt solution chosen so that it has a density intermediate between the density of combustible material and the density of the waste rock; нагревают и перемалывают отделенный горючий материал для получения пасты из очищенного горючего материала;heat and grind the separated combustible material to form a paste of refined combustible material; псевдоожижают пасту иfluidized pasta and выполняют гидрогенизацию псевдоожиженной пасты посредством использования Сегнерова колеса.perform hydrogenation of fluidized paste through the use of Segner wheels. 2. Способ по п.1, дополнительно содержащий последовательное уменьшение размера частиц отделенного горючего материала в растворе и удаление остаточной пустой породы и газа из него, причем нагревание и перемалывание включает в себя нагревание и перемалывание горючего материала с уменьшенным размером частиц.2. The method of claim 1, further comprising successively reducing the particle size of the separated combustible material in the solution and removing the residual gangue and gas therefrom, wherein heating and grinding includes heating and grinding the combustible material with a reduced particle size. 3. Способ по п.2, дополнительно содержащий повторное использование водно-соляного раствора, удаленного при отделении и при последовательном уменьшении размера частиц, в котором водносоляной раствор выбирают для катализации отделения и последовательного уменьшения размера частиц и/или в котором последовательное уменьшение размера частиц выполняют в водно-соляном растворе.3. The method according to claim 2, additionally containing re-use of water-salt solution removed during separation and with a consistent reduction in particle size, in which the brine is chosen to catalyze the separation and successive reduction in particle size and / or in which successive reduction in particle size is performed in water-salt solution. 4. Способ по п.1, причем водно-соляной раствор содержит по меньшей мере одно из перечисленного: формиат калия, хлорид цинка, парамолибдат аммония, нановодный сульфат трехвалентного железа (Ре2(8О4)3-9Н2О), парамолибдат аммония ((ΝΗ.1)6Μο-Θ2.1·4Η2Ο). тетрамолибдат аммония ((ΝΗ.|)2·4ΜοΘ3·2Η2Ο). железный купорос (Ее8О4ДН2О), бивалентный хлорид олова 8иС12, с пентаводным хлоридом четырехвалентного олова (8иС142О), бромид цинка и их смеси.4. The method according to claim 1, wherein the aqueous saline solution contains at least one of the following: potassium formate, zinc chloride, ammonium paramolybdate, nanohydrous ferric sulfate (Fe 2 (8O 4 ) 3 -9H 2 O), ammonium paramolybdate ((ΝΗ. 1 ) 6 Μο-Θ 2. 1 · 4Η 2 Ο). ammonium tetramolybdate ((ΝΗ. |) 2 · 4ΜοΘ 3 · 2Η 2 ). iron vitriol (E8O 4 DN 2 O), bivalent tin chloride 8iC1 2 , pentavalent chloride of tetravalent tin (8iC1 4 0H 2 O), zinc bromide and their mixtures. 5. Способ по п.1, дополнительно содержащий использование ароматического пастообразующего вещества для получения пасты, причем пастообразующее вещество содержит по меньшей мере одно из перечисленного: тетралин, метилнафталин, смесь хинолина с фенолом, крезол, раствор нафталина в феноле, антрацен и компоненты антраценового масла.5. The method according to claim 1, further comprising using an aromatic paste-forming substance to make a paste, wherein the paste-forming substance contains at least one of the following: tetralin, methylnaphthalene, a mixture of quinoline with phenol, cresol, naphthalene solution in phenol, anthracene, and anthracene oil components . 6. Способ по п.1, причем псевдоожижение выполняют посредством смешивания пасты с разбавляющим веществом, содержащим органический растворитель.6. The method according to claim 1, wherein fluidization is carried out by mixing the paste with a diluent containing an organic solvent. 7. Система для получения синтетического топлива из горючего материала способом по п.1, содержащая7. System for the production of synthetic fuel from combustible material by the method according to claim 1, containing плавучую подсистему, выполненную с возможностью гравитационного отделения горючего материала от пустой породы в водно-соляном растворе, выбранном так, что он имеет плотность, промежуточную между плотностью горючего материала и плотностью пустой породы;a floating subsystem made with the possibility of gravitational separation of combustible material from waste rock in a water-salt solution, chosen so that it has a density intermediate between the density of combustible material and the density of waste rock; перемалывающую подсистему с нагревом, выполненную с возможностью нагревания и перемалывания отделенного горючего материала для получения пасты из очищенного горючего материала;a grinding subsystem with heating, made with the possibility of heating and grinding the separated combustible material to obtain a paste of purified combustible material; подсистему псевдоожижения пасты, выполненную с возможностью псевдоожижения пасты; и подсистему гидрогенизации, выполненную с возможностью гидрогенизации псевдоожиженнойfluid paste fluidization subsystem, made with the possibility of fluidizing the paste; and a hydrogenation subsystem configured to hydrogenate fluidized пасты посредством использования Сегнерова колеса.paste through the use of Segner wheels. 8. Система по п.7, дополнительно содержащая перемалывающую подсистему, выполненную с возможностью последовательного уменьшения размера частиц отделенного горючего материала в растворе и удаления остаточной пустой породы и газа из него, причем перемалывающая подсистема с нагревом выполнена с возможностью нагревания и перемалывания горючего материала с уменьшенным размером частиц для получения пасты.8. The system of claim 7, further comprising a grinding subsystem configured to progressively reduce the particle size of the separated combustible material in the solution and remove residual waste rock and gas from it, the grinding subsystem being heated to grind and grind the combustible material with a reduced particle size to make a paste. 9. Система по п.7, дополнительно содержащая подсистему очистки и сепарации остатка, выполненную с возможностью отделения дополнительного продукта от остатков гидрогенизированного материала.9. The system of claim 7, further comprising a residue purification and separation subsystem, configured to separate the additional product from the residues of the hydrogenated material. 10. Система по п.7, причем плавучая подсистема выполнена с возможностью приема горючего материала внутри подземной шахты, при этом подсистема гидрогенизации выполнена с возможностью выполнения гидрогенизации внутри подземной шахты.10. The system according to claim 7, wherein the floating subsystem is configured to receive combustible material inside the underground mine, while the hydrogenation subsystem is configured to perform hydrogenation inside the underground mine. 11. Система по п.7, причем водно-соляной раствор содержит по меньшей мере одно из перечисленного: формиат калия, хлорид цинка, парамолибдат аммония, нановодный сульфат трехвалентного железа (Ре2(8О4)3^9Н2О), парамолибдат аммония ((ΝΗ4)6Μο7Ο24·4Η2Ο), тетрамолибдат аммония ((ΝΗ4)2·4ΜοΟ3·4Η2Ο), железный купорос (Ре8О4ДН2О), бивалентный хлорид олова §иС12 с пента-водным хлоридом четырехвалентного олова (8иС142О), бромид цинка и их смеси.11. The system of claim 7, wherein the hydrochloric solution contains at least one of the following: potassium formate, zinc chloride, ammonium paramolybdate, nanohydrous ferric sulfate (Fe 2 (8O 4 ) 3 ^ 9H 2 O), ammonium paramolybdate ((ΝΗ 4 ) 6 7ο 7 Ο 24 · 4Η 2 Ο), ammonium tetramolybdate ((ΝΗ 4 ) 2 · 4ΜοΟ 3 · 4Η 2 Ο), iron vitriol (Pe8O 4 DN 2 O), bivalent tin chloride § and С1 2 s penta-aqueous tetravalent chloride of tin (8 and Cl 4 H 2 O), zinc bromide, and mixtures thereof. 12. Система по п.7, причем перемалывающая подсистема с нагревом выполнена с возможностью применять ароматическое пастообразующее вещество для получения пасты, при этом пастообразующее вещество содержит по меньшей мере одно из перечисленного: тетралин, метилнафталин, смесь хинолина с фенолом, крезол, раствор нафталина в феноле, антрацен и компоненты антраценового масла.12. The system according to claim 7, wherein the grinding subsystem with heating is adapted to use an aromatic paste-forming substance to make a paste, and the paste-forming substance contains at least one of the following: tetralin, methylnaphthalene, a mixture of quinoline with phenol, cresol, naphthalene solution phenol, anthracene and anthracene oil components. 13. Система по п.7, причем подсистема гидрогенизации содержит13. The system according to claim 7, wherein the hydrogenation subsystem contains - 32 029258- 32 029258 вертикальный вал, выполненный с возможностью приема псевдоожиженной пасты и поддержания ее нисходящего потока;a vertical shaft configured to receive a fluidized paste and maintain its downward flow; Сегнерово колесо, имеющее сообщение по текучей среде с вертикальным валом и выполненное с возможностью приведения во вращение посредством протекающей псевдоожиженной пасты;Segner wheel having fluid communication with the vertical shaft and configured to be driven in rotation by flowing fluidized paste; камеру гидрогенизации, окружающую нижний участок вертикального вала и Сегнерово колесо, причем камера гидрогенизации содержит нагревающий модуль, выполненный с возможностью нагревания псевдоожиженной пасты, и источник водорода, выполненный с возможностью введения водорода в псевдоожиженную пасту, выходящую из Сегнерова колеса, для гидрогенизации псевдоожиженной пасты; иa hydrogenation chamber surrounding the lower portion of the vertical shaft and a Segner wheel, the hydrogenation chamber containing a heating module configured to heat the fluidized paste and a hydrogen source configured to introduce hydrogen into the fluidized fluid leaving the Segner wheel to hydrogenate the fluidized paste; and вертикальный кожух, имеющий сообщение по текучей среде с камерой гидрогенизации и выполненный с возможностью поддержания восходящего потока гидрогенизированной псевдоожиженной пасты из камеры гидрогенизации с обеспечением при этом возможности рекуперационного теплообмена между поднимающейся гидрогенизированной псевдоожиженной пастой и нисходящим потоком псевдоожиженной пасты.a vertical jacket having fluid communication with the hydrogenation chamber and configured to maintain an upward flow of the hydrogenated fluidized paste from the hydrogenation chamber while ensuring recuperation heat exchange between the rising hydrogenated fluidized paste and the downward fluidizing paste.
EA201690238A 2013-07-18 2014-07-08 Method and system for synthetic fuel production from a combustible material EA029258B1 (en)

Applications Claiming Priority (7)

Application Number Priority Date Filing Date Title
IL227549A IL227549A (en) 2013-07-18 2013-07-18 Methods and systems for underwater gas pressurization and liquefaction
US13/950,317 US9664441B2 (en) 2013-07-18 2013-07-25 Methods and systems for underwater gas pressurization and liquefaction
IL227707A IL227707A0 (en) 2013-07-18 2013-07-29 Underwater gaz field development methods and systems
IL227708A IL227708A0 (en) 2013-07-29 2013-07-29 Processing combustible material methods and systems
US13/956,418 US9447331B2 (en) 2013-07-29 2013-08-01 Processing combustible material methods and systems
US13/956,537 US9664019B2 (en) 2013-07-18 2013-08-01 Underwater gas field development methods and systems
PCT/IL2014/050612 WO2015008274A1 (en) 2013-07-18 2014-07-08 Underwater gas liquefaction, gas field development and processing combustible materials

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201690238A1 EA201690238A1 (en) 2016-07-29
EA029258B1 true EA029258B1 (en) 2018-02-28

Family

ID=55484053

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201690238A EA029258B1 (en) 2013-07-18 2014-07-08 Method and system for synthetic fuel production from a combustible material
EA201791635A EA201791635A1 (en) 2013-07-18 2014-07-08 UNDERWATER GAS PRESSURE INCREASE MODULE, UNDERWATER NATURAL GAS LIQUIDATION SYSTEM AND METHOD OF UNDERWATER LIQUIDATION OF NATURAL GAS

Family Applications After (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201791635A EA201791635A1 (en) 2013-07-18 2014-07-08 UNDERWATER GAS PRESSURE INCREASE MODULE, UNDERWATER NATURAL GAS LIQUIDATION SYSTEM AND METHOD OF UNDERWATER LIQUIDATION OF NATURAL GAS

Country Status (4)

Country Link
EP (1) EP3022386A4 (en)
AU (1) AU2014291657B2 (en)
EA (2) EA029258B1 (en)
WO (1) WO2015008274A1 (en)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109100385A (en) * 2018-08-29 2018-12-28 中国石油大学(北京) Become the determination method for causing rock's microstructure and mechanical property to change in conjunction with water phase
CN109916799B (en) * 2019-03-22 2021-04-20 西南石油大学 Experimental method for measuring unconventional dense gas reservoir spontaneous imbibition relative permeability

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4402632A (en) * 1980-08-25 1983-09-06 Cook, Stolowitz & Frame Seabed supported submarine pressure transfer storage facility for liquified gases
RU2109930C1 (en) * 1996-02-05 1998-04-27 Сумбат Набиевич Закиров Method for development of gas deposits in continental shelf
US6494251B2 (en) * 1998-09-24 2002-12-17 Exxonmobil Upstream Research Company Thermodynamic cycle using hydrostatic head for compression
US20040159437A1 (en) * 2003-02-13 2004-08-19 Conocophillips, Company Sub-sea blow case compressor
US20090010717A1 (en) * 2006-08-19 2009-01-08 Agr Deepwater Development Systems, Inc. Methods for Storing Gas
WO2012101478A1 (en) * 2011-01-24 2012-08-02 Chuluun Enkhbold A method of mineral fuel beneficiation with subsequent delivery to the consumer by pipeline transportation
US8381544B2 (en) * 2008-07-18 2013-02-26 Kellogg Brown & Root Llc Method for liquefaction of natural gas

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1157993A (en) * 1912-03-28 1915-10-26 Karl P Mcelroy Hydrogenating process and apparatus.
SU486772A1 (en) * 1972-11-21 1975-10-05 Воронежский технологический институт Reaction apparatus
EA019190B1 (en) * 2008-10-27 2014-01-30 Чулуун Энхболд A method of liquefaction of inflammable minerals

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4402632A (en) * 1980-08-25 1983-09-06 Cook, Stolowitz & Frame Seabed supported submarine pressure transfer storage facility for liquified gases
RU2109930C1 (en) * 1996-02-05 1998-04-27 Сумбат Набиевич Закиров Method for development of gas deposits in continental shelf
US6494251B2 (en) * 1998-09-24 2002-12-17 Exxonmobil Upstream Research Company Thermodynamic cycle using hydrostatic head for compression
US20040159437A1 (en) * 2003-02-13 2004-08-19 Conocophillips, Company Sub-sea blow case compressor
US20090010717A1 (en) * 2006-08-19 2009-01-08 Agr Deepwater Development Systems, Inc. Methods for Storing Gas
US8381544B2 (en) * 2008-07-18 2013-02-26 Kellogg Brown & Root Llc Method for liquefaction of natural gas
WO2012101478A1 (en) * 2011-01-24 2012-08-02 Chuluun Enkhbold A method of mineral fuel beneficiation with subsequent delivery to the consumer by pipeline transportation

Also Published As

Publication number Publication date
AU2014291657B2 (en) 2018-04-05
EP3022386A1 (en) 2016-05-25
EA201791635A1 (en) 2017-12-29
WO2015008274A1 (en) 2015-01-22
AU2014291657A1 (en) 2016-03-10
EA201690238A1 (en) 2016-07-29
EP3022386A4 (en) 2017-06-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102084086B (en) For exploiting and process the method for bottom sediment
US6245955B1 (en) Method for the sub-sea separation of hydrocarbon liquids from water and gases
US11840897B2 (en) Multi-stage drilling waste material recovery process
US8297355B2 (en) Using heat from produced fluids of oil and gas operations to produce energy
CN103797136B (en) Fossil fuel beneficiation method and be delivered to user by pipeline transportation subsequently
US8936700B2 (en) Method for hydrocarbon removal and recovery from drill cuttings
CN1247526A (en) Method for recovering gas from hydrates
EA024263B1 (en) Extraction of hydrocarbons from hydrocarbon-containing materials and/or processing of hydrocarbon-containing materials
US20210214626A1 (en) Method and System for Extracting Methane Gas, Converting it to Clathrates, and Transporting it for Use
CN108698951B (en) Method and system for extracting retentate gas from a subsea environment, converting it to clathrates, and safely transporting it for consumption
RU2632598C1 (en) Method of underwater development of gas-condensate deposits, method of underwater liquefaction of natural gas and underwater complex for implementation thereof
CN102322264B (en) Gas hydrate exploitation, well completion, collection and conveying platform system
EA029258B1 (en) Method and system for synthetic fuel production from a combustible material
CN112228075B (en) Device and method for exploiting marine weakly cemented non-diagenetic natural gas hydrate
WO2009115933A1 (en) A method of beneficiating and transporting minerals
US9664019B2 (en) Underwater gas field development methods and systems
US20150027931A1 (en) Processing combustible material methods and systems
WO2021216413A1 (en) Method and system for extracting methane gas, converting the gas to clathrates, and transporting the gas for use
AU2015202653B2 (en) Method for hydrocarbon removal and recovery from drill cuttings
UA60461C2 (en) Method and gas-producing complex for extraction and processing methane from sea gas-hydrate deposits

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A Lapse of a eurasian patent due to non-payment of renewal fees within the time limit in the following designated state(s)

Designated state(s): AM AZ BY KZ KG TJ TM RU