EA034087B1 - Система и способ производства сжиженного природного газа с удалением парникового газа - Google Patents

Система и способ производства сжиженного природного газа с удалением парникового газа Download PDF

Info

Publication number
EA034087B1
EA034087B1 EA201890309A EA201890309A EA034087B1 EA 034087 B1 EA034087 B1 EA 034087B1 EA 201890309 A EA201890309 A EA 201890309A EA 201890309 A EA201890309 A EA 201890309A EA 034087 B1 EA034087 B1 EA 034087B1
Authority
EA
Eurasian Patent Office
Prior art keywords
stream
nitrogen
natural gas
pressure
heat exchanger
Prior art date
Application number
EA201890309A
Other languages
English (en)
Other versions
EA201890309A1 (ru
Inventor
Ричард Э. Хантингтон
Параг А. Гупт
Фритц мл. Пьер
Роберт Д. Дентон
Original Assignee
Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани filed Critical Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани
Publication of EA201890309A1 publication Critical patent/EA201890309A1/ru
Publication of EA034087B1 publication Critical patent/EA034087B1/ru

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/08—Separating gaseous impurities from gases or gaseous mixtures or from liquefied gases or liquefied gaseous mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
    • F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0035—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by gas expansion with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
    • F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
    • F25J1/0042—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by liquid expansion with extraction of work
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/006—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the refrigerant fluid used
    • F25J1/007—Primary atmospheric gases, mixtures thereof
    • F25J1/0072—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0221—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using the cold stored in an external cryogenic component in an open refrigeration loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
    • F25J1/0229—Integration with a unit for using hydrocarbons, e.g. consuming hydrocarbons as feed stock
    • F25J1/023—Integration with a unit for using hydrocarbons, e.g. consuming hydrocarbons as feed stock for the combustion as fuels, i.e. integration with the fuel gas system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
    • F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
    • F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
    • F25J1/0244—Operation; Control and regulation; Instrumentation
    • F25J1/0245—Different modes, i.e. 'runs', of operation; Process control
    • F25J1/0249—Controlling refrigerant inventory, i.e. composition or quantity
    • F25J1/025—Details related to the refrigerant production or treatment, e.g. make-up supply from feed gas itself
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0233—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of CnHm with 1 carbon atom or more
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J3/00—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification
    • F25J3/02—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream
    • F25J3/0228—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream
    • F25J3/0257—Processes or apparatus for separating the constituents of gaseous or liquefied gaseous mixtures involving the use of liquefaction or solidification by rectification, i.e. by continuous interchange of heat and material between a vapour stream and a liquid stream characterised by the separated product stream separation of nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/02—Processes or apparatus using separation by rectification in a single pressure main column system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/40—Features relating to the provision of boil-up in the bottom of a column
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/74—Refluxing the column with at least a part of the partially condensed overhead gas
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2200/00—Processes or apparatus using separation by rectification
    • F25J2200/76—Refluxing the column with condensed overhead gas being cycled in a quasi-closed loop refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
    • F25J2205/02—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using simple phase separation in a vessel or drum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/42—Nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
    • F25J2210/60—Natural gas or synthetic natural gas [SNG]
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/02—Mixing or blending of fluids to yield a certain product
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/04—Recovery of liquid products
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2215/00—Processes characterised by the type or other details of the product stream
    • F25J2215/42—Nitrogen or special cases, e.g. multiple or low purity N2
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2220/00—Processes or apparatus involving steps for the removal of impurities
    • F25J2220/44—Separating high boiling, i.e. less volatile components from nitrogen, e.g. CO, Ar, O2, hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/08—Cold compressor, i.e. suction of the gas at cryogenic temperature and generally without afterstage-cooler
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/30—Compression of the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2230/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams
    • F25J2230/60—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure of gaseous process streams the fluid being hydrocarbons or a mixture of hydrocarbons
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2235/00—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams
    • F25J2235/42—Processes or apparatus involving steps for increasing the pressure or for conveying of liquid process streams the fluid being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/02—Expansion of a process fluid in a work-extracting turbine (i.e. isentropic expansion), e.g. of the feed stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
    • F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
    • F25J2240/44—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval the fluid being nitrogen
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2245/00—Processes or apparatus involving steps for recycling of process streams
    • F25J2245/02—Recycle of a stream in general, e.g. a by-pass stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2260/00—Coupling of processes or apparatus to other units; Integrated schemes
    • F25J2260/20—Integration in an installation for liquefying or solidifying a fluid stream
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/14—External refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/14—External refrigeration with work-producing gas expansion loop
    • F25J2270/16—External refrigeration with work-producing gas expansion loop with mutliple gas expansion loops of the same refrigerant
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/58—Quasi-closed internal or closed external argon refrigeration cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2270/00—Refrigeration techniques used
    • F25J2270/90—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration
    • F25J2270/904—External refrigeration, e.g. conventional closed-loop mechanical refrigeration unit using Freon or NH3, unspecified external refrigeration by liquid or gaseous cryogen in an open loop
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
    • F25J2280/00—Control of the process or apparatus
    • F25J2280/02—Control in general, load changes, different modes ("runs"), measurements

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
  • Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)

Abstract

Описаны системы и способы производства сжиженного природного газа с использованием сжиженного азота в качестве хладагента. Являющиеся загрязняющими примесями парниковые газы удаляют из сжиженного азота с использованием блока удаления парникового газа.

Description

Перекрестная ссылка на родственные заявки
Заявка испрашивает приоритет Заявки на патент США номер 62/192654, поданной 15 июля 2015 г. и озаглавленной СИСТЕМА И СПОСОБ ПРОИЗВОДСТВА СЖИЖЕННОГО ПРИРОДНОГО ГАЗА С УДАЛЕНИЕМ ПАРНИКОВОГО ГАЗА, во всей ее полноте включаемой в настоящий документ путем ссылки.
Данная заявка является родственной по отношения к Предварительной заявке на патент США номер 62/192657, озаглавленной ПОВЫШЕНИЕ ЭФФЕКТИВНОСТИ СИСТЕМЫ ПРОИЗВОДСТВА СПГ ПУТЕМ ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО ОХЛАЖДЕНИЯ ПОСТУПАЮЩЕГО ПОТОКА ПРИРОДНОГО ГАЗА, тех же авторов, принадлежащей тому же патентообладателю, поданной в тот же день, описание которой включается в настоящий документ во всей полноте путем ссылки.
Область техники
Настоящее изобретение относится к сжижению природного газа с получением сжиженного природного газа (СПГ), более конкретно, к производству СПГ в удаленных или уязвимых районах, где создание и/или обслуживание капитальных объектов и/или экологическое воздействие обычного завода СПГ может причинять ущерб.
Уровень техники
Производство СПГ является быстро развивающимся способом доставки природного газа из районов, богатых природным газом, в отдаленные районы, испытывающие острую потребность в природном газе. Обычный цикл СПГ включает: а) начальную обработку исходного природного газа с целью удаления загрязняющих примесей, таких как воды, соединения серы и диоксид углерода; b) отделение некоторых более тяжелых газообразных углеводородов, таких как пропан, бутан, пентан и т.д. множеством возможных способов, включающих самоохлаждение, внешнее охлаждение, использование поглотительного масла и т.д.; с) охлаждение природного газа, по существу, посредством внешнего охлаждения с целью получения СПГ с давлением около атмосферного и температурой около -160°C; d) транспортировка продукта - СПГ - танкерами, предназначенными для этой цели, в место сбыта; е) восстановление давления и регазификация СПГ с получением природного газа под давлением, который может быть подан потребителям природного газа. На стадии (с) традиционного цикла СПГ обычно необходимо использовать крупногабаритные холодильные компрессоры, часто приводимые в действие крупногабаритными газотурбинными приводами, работа которых сопряжена с существенными выбросами углерода и другими выбросами. Отчасти, завод СПГ - это крупные капиталовложения, измеряемые миллиардами долларов США, и обширная инфраструктура. Стадия (е) традиционного цикла СПГ обычно включает восстановление давления СПГ до требуемого с использованием криогенных насосов и последующую регазификацию СПГ с получением природного газа под давлением путем теплообмена через промежуточную среду, но, в конечном итоге, с морской водой или путем сжигания части природного газа для нагревания и испарения СПГ. Вообще, наличная энергия криогенного СПГ не используется.
Для сжижения природного газа может быть использован холодный хладагент, производимый в другом месте, такой как сжиженный азот (жидкий азот - ЖА). Процесс, известный как концепция СПГ-ЖА, представляет собой отличный от обычного цикл СПГ, в котором, по меньшей мере, стадия (с), описанная выше, заменена процессом сжижения природного газа, в котором жидкий азот (ЖА) используется, по существу, в качестве источника холодоснабжения незамкнутого цикла, и в котором стадия (е), описанная выше, модифицирована и предусматривает использование эксергии криогенного СПГ для облегчения сжижения газообразного азота с целью получения ЖА, который затем может быть перевезен в богатый ресурсами район и использован в качестве источника холодоснабжения для производства СПГ. В патенте США № 3400547 описана морская перевозка жидкого азота и жидкого воздуха из места сбыта туда, где они могут быть использованы для сжижения природного газа. В патенте США № 3878689 описан способ использования ЖА в качестве источника холодоснабжения для производства СПГ. В патенте США № 5139547 описано использование СПГ в качестве источника холодоснабжения для производства ЖА.
Концепция СПГ-ЖА включает перевозку СПГ танкерами из богатого ресурсами района к месту сбыта и обратную перевозку ЖА из места сбыта в богатый ресурсами район. Ожидается, что использование того же судна или танкера и, возможно, использование общих береговых хранилищ сведет к минимуму затраты и необходимый объем инфраструктуры. В результате, можно ожидать некоторого загрязнения СПГ жидким азотом и некоторое загрязнение жидкого азота СПГ. Загрязнение СПГ жидким азотом, вероятно, не представляет значительных беспокойств, поскольку требования (например, как распространяемые Федеральной комиссией по регулированию в области энергетики США) по трубопроводной транспортировке природного газа и передаче иными распределительными устройствами допускают присутствие некоторого количества инертного газа. Однако, поскольку ЖА в богатом ресурсами районе, в конце концов, будет выпущен в атмосферу, загрязнение жидкого азота СПГ (парниковым газом с вредным воздействием, в 20 раз более сильным, чем у диоксида углерода), необходимо уменьшить до уровней, приемлемых для такого выброса. Способы удаления остаточных количеств из танкеров хорошо известны, но они могут оказаться неприемлемыми с экономической или экологической точки зрения для достижения такого низкого уровня загрязнения, который позволяет исключить обработку ЖА или испарившегося азота в богатом ресурсами районе перед выпуском газообразного азота (ГА) в атмосферу.
- 1 034087
В Публикации заявки на патент США № 2010/0251763 описан вариант процесса сжижения природного газа с использованием и ЖА, и сжиженного диоксида углерода (CO2) в качестве хладагентов. Хотя и СО2 является парниковым газом, менее вероятно, что для сжиженного CO2 будут использоваться те же складские мощности и транспортные средства, что и СПГ или других парниковых газов, поэтому загрязнение маловероятно. Однако, ЖА может быть загрязнен, как описано выше, и должен подвергаться очистке перед выбросом образующийся потоков ГА. Кроме этого, системы сжижения природного газа может быть дополнена замкнутым холодильным циклом предварительного охлаждения пропаном, смешанным компонентом или другим хладагентом помимо прямоточного охлаждения испаряющимся ЖА. В этих случаях также может понадобиться очистка газообразного азота перед выпуском ГА в атмосферу. Таким образом, необходим способ использования ЖА в качестве хладагента для производства СПГ, позволяющий, если ЖА и СПГ хранятся в одних и тех же резервуарах, эффективным образом удалять парниковый газ, присутствующий в ЖА.
Сущность изобретения
Изобретением обеспечивается система производства сжиженного природного газа с использованием жидкого азота в качестве первичного хладагента. Поток природного газа подают из источника природного газа, поток сжиженного азота подают из источника сжиженного азота. По меньшей мере в одном теплообменнике происходит теплообмен между потоком сжиженного азота и потоком природного газа, в ходе которого поток сжиженного азота, по меньшей мере частично, испаряется, и поток природного газа, по меньшей мере частично, конденсируется. В устройстве удаления парникового газа происходит удаление парникового газа из потока по меньшей мере частично, испаренного азота.
Изобретением также обеспечивается способ производства сжиженного природного газа (СПГ) с использованием жидкого азота в качестве первичного хладагента. Поток природного газа подают из источника природного газа. Поток сжиженного азота подают из источника сжиженного азота. Поток природного газа и поток сжиженного азота пропускают через первый теплообменник, в котором происходит теплообмен между потоком сжиженного азота и потоком природного газа, в ходе которого поток сжиженного азота, по меньшей мере частично, испаряется, и поток природного газа, по меньшей мере частично, конденсируется. Парниковый газ удаляют из потока, по меньшей мере частично, испаренного азота при помощи блока удаления парникового газа.
Кроме этого, изобретением обеспечивается способ удаления парниковых газов, являющихся загрязняющими примесями в потоке жидкого азота, использованного для сжижения потока природного газа. Поток природного газа и поток сжиженного азота пропускают через первый теплообменник, в котором происходит теплообмен между потоком сжиженного азота и потоком природного газа, в ходе которого поток сжиженного азота, по меньшей мере частично, испаряется, и поток природного газа, по меньшей мере частично, конденсируется. Поток сжиженного азота пропускают через первый теплообменник, по меньшей мере, три раза. Давление по меньшей мере частично испарившегося потока азота уменьшают при помощи, по меньшей мере одного расширяющего средства. Предусматривается наличие блока удаления парникового газа, которое включает ректификационную колонну и систему теплового насоса конденсатора и ребойлера. Давление и температуру конденсации головного потока ректификационной колонны увеличивают. Головной поток ректификационной колонны направляют на перекрестный теплообмен с кубовым потоком ректификационной колонны с целью воздействия и на нагрузку головного конденсатора, и на нагрузку кубового ребойлера ректификационной колонны. Давление головного потока ректификационной колоны после стадии перекрестного теплообмена снижают с получением головного потока ректификационной колонны со сниженным давлением. Головной поток ректификационной колонны со сниженным давлением разделяют с получением головного потока первого сепаратора. Головной поток первого сепаратора представляет собой газообразный азот, который выходит из блока удаления парникового газа после удаления из него парниковых газов. Головной поток первого сепаратора выпускают в атмосферу.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 представляет собой схему системы сжижения природного газа с получением СПГ с использованием жидкого азота в качестве единственного хладагента;
фиг. 2 представляет собой схему системы сжижения природного газа с получением СПГ с использованием жидкого азота в качестве единственного хладагента;
фиг. 3 представляет собой схему системы сжижения природного газа с получением СПГ с использованием жидкого азота в качестве единственного хладагента;
фиг. 4 представляет собой схему системы сжижения природного газа с получением СПГ с использованием жидкого азота в качестве единственного хладагента;
фиг. 5 представляет собой схему системы сжижения природного газа с получением СПГ с использованием жидкого азота в качестве единственного хладагента;
фиг. 6 представляет собой схему системы сжижения природного газа с получением СПГ с использованием жидкого азота в качестве единственного хладагента;
фиг. 7 представляет собой схему системы сжижения природного газа с получением СПГ с использованием жидкого азота в качестве единственного хладагента;
- 2 034087 фиг. 8 представляет собой схему системы сжижения природного газа с получением СПГ с использованием жидкого азота в качестве единственного хладагента;
фиг. 9 представляет собой схему дополнительной системы охлаждения;
фиг. 10 представляет собой технологическую схему способа сжижения природного газа с получением СПГ; и фиг. 11 представляет собой технологическую схему способа удаления загрязняющих примесей парниковых газов - из потока жидкого азота, использованного для сжижения потока природного газа.
Подробное описание
Далее описаны различные конкретные варианты осуществления и версии настоящего изобретения, включая предпочтительные варианты осуществления и определения, принятые в настоящем документе. Хотя в нижеследующем подробном описании представлены конкретные предпочтительные варианты осуществления изобретения, специалистам в данной области понятно, что эти варианты осуществления являются лишь примерами, и настоящее изобретение может быть реализовано на практике другими путями. Любая ссылка на изобретение может относиться к одному или нескольким, но необязательно ко всем вариантам осуществления изобретения, определенным в формуле изобретения. Заголовки используются для удобства и не ограничивают объем настоящего изобретения. Для ясности и краткости одинаковыми номерами позиций на нескольких чертежах обозначены подобные компоненты, стадии или структуры, которые могут не описываться подробно для каждого чертежа.
Все числовые величины в подробном описании и формуле изобретения модифицированы термином приблизительно или около указанной величины и учитывают ошибку измерения и вариации, ожидаемые специалистами в данной области.
В настоящем контексте термин компрессор означает механизм, увеличивающий давление газа путем совершения работы. Компрессор или холодильный компрессор включает любую установку, устройство или аппарат, способные увеличивать давление потока газа. К ним относятся как компрессоры с одной ступенью сжатия, так и многоступенчатые компрессоры или, более конкретно, многоступенчатые компрессоры с единым корпусом или оболочкой. Испаренные потоки, подлежащие сжатию, могут быть поданы в компрессор при различных давлениях. Некоторые стадии или ступени процесса охлаждения могут включать два или более компрессоров, установленных параллельно, последовательно или в сочетании этих вариантов. Настоящее изобретение не ограничивается типом или размещением или компоновкой компрессора или компрессоров, в частности, в любом контуре хладагента.
В настоящем контексте охлаждение в широком смысле означает снижение и/или падение температуры и/или внутренней энергии вещества на любую надлежащую, желательную или требуемую величину. Охлаждение может включать падение температуры, по меньшей мере, примерно на 1°C, по меньшей мере, примерно на 5°C, по меньшей мере, примерно на 10°C, по меньшей мере, примерно на 15°C, по меньшей мере, примерно на 25°C, по меньшей мере, примерно на 35°C, по меньшей мере, примерно на 50°C или, по меньшей мере, примерно на 75°C или, по меньшей мере, примерно на 85°C или, по меньшей мере, примерно на 95°C или, по меньшей мере, примерно на 100°C. При охлаждении может использоваться любой надлежащий теплопоглотитель, такой как образование пара, нагревание воды, охлаждающая вода, воздух, хладагент, другие технологические потоки (интеграция) и их сочетание. Один или несколько источников охлаждения может быть объединено и/или соединено последовательно с целью достижения заданной температуры на выходе. На стадии охлаждения может использоваться холодильная установка, включающая любое надлежащее устройство и/или оборудование. В соответствии с некоторыми вариантами осуществления изобретения, охлаждение может включать косвенный теплообмен, например, с использованием одного или нескольких теплообменников. В качестве альтернативы, охлаждение может быть осуществлено как испарительное охлаждение (теплота парообразования) и/или прямой теплообмен, например, путем распыления жидкости непосредственно в технологическом потоке.
В настоящем контексте термин расширяющее устройство относится к одному или нескольким устройствам, пригодным для уменьшения давления текучей среды в линии (например, жидкого потока, парообразного потока или многофазного потока, содержащего и жидкость, и пар). Если конкретный тип расширяющего устройства не указан специально, расширяющее устройство может представлять собой (1) по меньшей мере частично, изоэнтальпическое средство или (2) по меньшей мере частично, изоэнтропическое средство или (3) сочетание изоэнтальпического средства и изоэнтропического средства. Пригодные устройства для изоэнтальпического расширения природного газа известны в данной области и, вообще, включают, однако, этим не ограничиваются, приводимые в действия вручную или автоматически дроссельные устройства, такие как, например, клапаны, регулировочные клапаны, клапаны Джоуля-Томсона (J-T) или устройства Вентури. Устройства, пригодные для изоэнтропического расширения природного газа, известны в данной области и, вообще, включают такое оборудование, как расширители или турбо-расширители, которые при таком расширении совершают работу. Устройства, пригодные для изоэнтропического расширения жидких потоков, известны в данной области и, вообще, включают такое оборудование, как расширители, гидравлические расширители, гидравлические турбины или турборасширители, которые при таком расширении совершают работу. Примером сочетания изоэнтропического средства и изоэнтальпического средства могут служить установленные параллельно клапан Джоуля
- 3 034087
Томсона и турбо-расширитель, что обеспечивает возможность использования либо любого из них, либо и клапана Джоуля-Томсона, и турбо-расширителя одновременно. Изоэнтальпическое или изоэнтропическое расширение может быть осуществлено в чисто жидкой фазе, чисто паровой фазе или смешанной фазе и может проводиться для облегчения фазового перехода из парообразного потока или жидкого потока в многофазный поток (поток, включающий и паровую, и жидкую фазы) или в однофазный поток, отличный от исходной фазы. В приводимом далее описании чертежей ссылка на более, чем одно, расширяющее устройство на любом из чертежей не обязательно означает, что каждое расширяющее устройство относится к одному и тому же типу или имеет тот же размер.
Термины газ и пар являются взаимозаменяемыми и означают вещество или смесь веществ в газообразном состоянии, в отличие от жидкого или твердого состояния. Точно так же, термин жидкость означает вещество или смесь веществ в жидком состоянии, в отличие от газообразного или твердого состояния.
Термин теплообменник в широком смысле означает любое устройство, пригодное для передачи тепловой энергии или холода от одной среды к другой среде, например, между по меньшей мере двумя различными текучими средами. Теплообменники включают теплообменники прямого теплообмена и косвенного теплообмена. Теплообменник может иметь любую надлежащую конструкцию, например, прямоточный или противоточный теплообменник, теплообменник косвенного теплообмена (например, теплообменник со спиральными трубами или ребристый пластинчатый теплообменник, такой как паяный алюминиевый пластинчатый теплообменник), теплообменник с непосредственным контактом сред, кожухотрубный теплообменник, спиральный, U-образный, сотовый, котельно-сотовый, пластинчатый с вытравленными каналами, типа труба в трубе или относящийся к любому другому известному типу теплообменников. Термин теплообменник также может относиться к любой колонне, колонному аппарату, блоку или другому варианту расположения, предусматривающему прохождение через него одного или нескольких потоков и обеспечивающему прямой или косвенный теплообмен между одной или несколькими линиями хладагента и одним или несколькими исходными потоками.
В настоящем контексте термин косвенный теплообмен означает приведение двух текучих сред в соотношение теплообмена без какого-либо физического контакта между ними или смешивания текучих сред друг с другом. Примерами оборудования, предназначенного для косвенного теплообмена, являются котельно-сотовый теплообменник и паяный алюминиевый пластинчатый теплообменник.
В настоящем контексте термин природный газ означает многокомпонентный газ, полученный из нефтяной скважины (попутный газ) или из подземного газоносного пласта (свободный газ). Состав и давление природного газа может существенно варьироваться. Типичный поток природного газа в качестве основного компонента содержит метан (C1). Поток природного газа также может содержать этан (С2), углеводороды с большим молекулярным весом и один или несколько кислых газов. Природный газ также может содержать незначительные количества загрязняющих примесей, таких как вода, азот, сульфид железа, воск и сырая нефть.
Определенные варианты осуществления и особенности изобретения описаны с использованием набора числовых верхних пределов и набора числовых нижних пределов. Следует понимать, что, если не указано иное, предполагается указание диапазонов от какого-либо нижнего предела до какого-либо верхнего предела. Все числовые величины даны приблизительно или около указанной величины и учитывают ошибку измерения и вариации, ожидаемые специалистами в данной области.
Все патенты, методики испытаний и другие документы, цитируемые в данной заявке, во всей полноте включаются в нее путем ссылки при условии, что такое раскрытие данных не противоречит данной заявке и всем юрисдикциям, допускающим такое включение.
Описаны системы и способы, относящиеся к процессу сжижения природного газа с использованием прямоточного охлаждения ЖА в качестве первичного хладагента, направленные на удаление существенной части остаточного загрязнения жидкого азота СПГ перед выпуском газообразного азота в атмосферу. Конкретные варианты осуществления изобретения включают те варианты, которые описаны далее со ссылкой на фигуры. Хотя некоторые отличительные особенности описаны со специальной ссылкой только на одну фигуру (например, фиг. 1, 2 или 3), они могут быть равным образом применимы к другим фигурам, или могут быть использованы в сочетании с другими фигурами или предшествующим описанием.
На фиг. 1 показана система 10 сжижения природного газа с целью производства СПГ с использованием жидкого азота (ЖА) в качестве единственного внешнего хладагента. Систему 1 можно назвать системой производства СПГ. Поток 12 ЖА поступает из системы 14 подачи ЖА, которая может включать один или несколько танкеров, резервуаров, трубопроводов или их сочетание. Система 14 подачи ЖА может представлять собой систему попеременного хранения ЖА и СПГ. Поток 12 ЖА может быть загрязнен парниковым газом, таким как метан, этан, пропан или другие алканы или алкены. Поток 12 ЖА может быть, приблизительно, на 1 об.% загрязнен парниковым газом, хотя уровень загрязнения может изменяться в зависимости от способов, используемых для опорожнения и продувки системы подачи ЖА перед переключением между хранением ЖА и хранением СПГ. Поток 12 ЖА поступает с давлением вблизи атмосферного и температурой около -196°C, которая приблизительно равна температуре кипения
- 4 034087 при атмосферном давлении почти чистого азота. Поток 12 ЖА подают насосом 16 ЖА, который увеличивает давление ЖА от, приблизительно, 20 бар абс. до 200 бар абс., предпочтительным давлением является, примерно, 90 бар абс. При подаче насосом температура ЖА в потоке 12 ЖА может увеличиваться, однако ожидается, что ЖА останется, по существу, в жидкой форме. Поток 18 ЖА повышенного давления затем пропускают через серию теплообменников и расширителей с целью отведения тепла от поступающего природного газа 20 для конденсации природного газа и получения СПГ. Как показано на фиг. 1, поток 18 ЖА повышенного давления проходит через первый теплообменник 22, где он охлаждает поток 24 природного газа. Затем поток 18 ЖА повышенного давления первый раз проходит через второй теплообменник 26, где он снова охлаждает поток природного газа.
После того, как ЖА проходит через первый теплообменник 22 и второй теплообменник 26, ожидается, что ЖА и любые представляющие собой парниковые газы примеси полностью испаряются, образуя поток 27 загрязненного газообразного азота (ЗГА). Если газообразный азот подвергают обработке, описанной далее, он может не быть полностью газообразным, хотя описывается как газообразный азот или ЗГА. Для простоты любая смесь газообразного и частично конденсированного азота все же именуется ЗГА или газообразным азотом.
Поток 27 ЗГА направляют в первый расширитель 28. Поток, выходящий из первого расширителя 28, представляющий собой поток 29 расширенного ЗГА, направляют в блок 30 удаления парникового газа. Давление потока 29 расширенного ЗГА может лежать в диапазоне от 5 бар абс. до 30 бар абс. в зависимости, главным образом, от фазового состояния смеси ЗГА, которая обычно представляет собой смесь азота, метана, этана, пропана и других потенциальных парниковых газов. В одном из аспектов изобретения, давление потока 29 расширенного ЗГА составляет от 19 до 20 бар абс., а температура потока 29 расширенного ЗГА составляет около -153 градусов Цельсия. Однако, давление потока расширенного ЗГА может быть и низким, около 1 бар абс., если используются альтернативные технологии, такие как адсорбция, абсорбция или каталитические способы.
Блок 30 удаления парникового газа может требоваться для производства потока ГА с содержанием парникового газа менее 500 частей на миллион или менее 200 частей на миллион или менее 100 частей на миллион или менее 50 частей на миллион или менее 20 частей на миллион. Блок 30 удаления парникового газа может требоваться для производства продуктового потока парникового газа с содержанием азота менее 80% ,или менее 50%, или менее 20%, или менее 10%, или менее 5%.
Блок 30 удаления парникового газа может включать ректификационную колонну 32 с частичным возвратом флегмы и частичным повторным кипячением. Ректификационная колонна 32 обеспечивает отделение газообразного азота от загрязняющего парникового газа на основании разности температур испарения азота и парниковых газов. В результате работы ректификационной колонный получают головной поток 34, представляющий собой поток очищенного от примесей газообразного азота, и кубовый продукт, представляющий собой продуктовый поток 36 парникового газа. Может быть предусмотрено наличие боковых ребойлеров, боковых конденсаторов и промежуточных выводов (не показаны) для отведения продуктов из других точек ректификационной колонны 32.
Блок 30 удаления парникового газа может включать головной конденсатор, соединенный с ректификационной колонной 32, охлаждение в котором обеспечивается за счет теплообмена с ЖА, ГА, ЗГА, природным газом или СПГ, поступающими из других частей системы производства СПГ или даже из дополнительной системы охлаждения. Точно так же, блок удаления парникового газа может включать кубовый ребойлер, соединенный с ректификационной колонной 32, нагревание в котором обеспечивается за счет теплообмена с ЖА, ГА, ЗГА, природным газом или СПГ, поступающими из других частей системы производства СПГ или из другого процесса, внешнего по отношению к системе производства СПГ. Недостатком этих типов компоновки является неблагоприятное влияние, преимущественно, направляемого на конденсацию и, преимущественно, направляемого на кипячение требуемого количества тепла конденсатора и ребойлера ректификационной колонны на общие кривые нагревания и охлаждения в процессе конденсации природного газа до СПГ. Результатом этого влияния могут быть ограничения по температуре в теплообменниках, которые снижают эффективность наличных ресурсов ЖА. В соответствии с изобретением, холодовая и тепловая нагрузка конденсатора и ребойлера являются взаимообменными, и охлаждение в ребойлере используется для компенсации нагревания в конденсаторе. Для этого используют систему теплового насоса- конденсатора и ребойлера, позволяющую увеличить давление головного потока 34 ректификационной колонны так, что температура сжатого головного потока выше, чем температура продуктового потока 36 парникового газа. А именно, система теплового насосаконденсатора и ребойлера включает головной компрессор 38, в котором головной поток 34 сжимается и нагревается, теплообменник-тепловой насос 40, в котором охлаждается головной поток и нагревается продуктовый поток парникового газа, и устройство 42 понижения давления, которое снижает давление охлажденного головного потока. Устройство 42 понижения давления может представлять собой клапан Джоуля-Томсона или турбо-расширитель. В этой точке головной поток превращается в частично сконденсированный головной поток 43. Если нужно, первый сепаратор 44 может быть использован для разделения частично сконденсированного головного потока 43 с получением потока 45 головного продукта и потока 46 флегмы. Поток 45 головного продукта, будучи головным продуктом и ректификационной
- 5 034087 колонны 32, и первого сепаратора, состоит из ГА, по существу, очищенного от парниковых газов, таких как метан, этан и т.д., и по выходе из блока 30 удаления парникового газа поступает на последующие операции по теплообмену и выпуск в атмосферу, как будет описано далее. Поскольку поток 46 флегмы может включать некоторое количество парниковых газов, поток флегмы снова направляют в ректификационную колонну 32 для дальнейшего разделения.
Другую часть системы теплового насоса-конденсатора и ребойлера может составлять кубовый насос 48, предназначенный для подачи продуктового потока 36 парникового газа в теплообменниктепловой насос 40 при повышенном давлении. После нагревания в теплообменнике-тепловом насосе 40 продуктовый поток 36 парникового газа частично испаряется и может быть направлен во второй сепаратор 50, в котором продуктовый поток частично испарившегося парникового газа разделяется на продуктовый поток 54 отделенного парникового газа и парообразный поток 56 ребойлера колонны. Насос 58 парникового газа может быть использован для подачи продуктового потока 54 отделенного парникового газа в другую точку системы 10 при надлежащем давлении. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг. 1, продуктовый поток 54 отделенного парникового газа смешивают с потоком 24 природного газа после того, как поток 24 природного газа прошел через второй теплообменник 26, и включают в поток СПГ - продукта системы 10. Поток 56 ребойлера колонны, который может содержать часть ГА, возвращают в ректификационную колонну 32 для дальнейшего разделения.
Поток 45 головного продукта, который представляет собой, по существу, очищенный ГА, выходит из блока 30 удаления парникового газа и проходит несколько раз через второй теплообменник 26 и второй и третий расширители 60, 62 с целью дальнейшего охлаждения потока 24 природного газа. На фиг. 3 показано три расширителя, выполняющих функцию расширителя высокого давления (28), расширителя среднего давления (60) и расширителя низкого давления (62), в каждом из которых давление потока азота, проходящего через них, соответственно, уменьшается. В одном из вариантов осуществления изобретения первый, второй и третий расширители 28, 60, 62 являются турбо-расширителями. Расширители могут представлять собой радиальную центростремительную турбину, парциальную аксиальную турбину, аксиальную турбину с полным подводом, поршневой двигатель, винтовую турбину или подобные им расширительные устройства. Расширители могут представлять собой отдельные устройства или быть объединенными в один или несколько агрегатов с общим выходом. Расширители могут приводить в действие генераторы, компрессоры, насосы, гидравлические тормоза или любые подобные энергоемкие устройства и, тем самым, отводить энергию от системы 10. Расширители могут использоваться для непосредственного приведения в действие (или приведения в действие посредством коробки передач или других передающих устройств) насосов, компрессоров и других механизмов, используемых в системе 10. В одном из вариантов осуществления изобретения, каждый расширитель представляет собой расширяющее средство, которой может осуществлять расширение при помощи одного или нескольких отдельных расширителей, работающих параллельно или последовательно или в режиме, объединяющем параллельную и последовательную работу. Для рентабельной работы системы 10 нужен, по меньшей мере, один расширитель или соответствующее расширяющее средство; вообще, предпочтительно наличие, по меньшей мере, двух расширяющих средств. В данной системе также может быть использовано более трех расширяющих средств для повышения эффективности охлаждения наличными ресурсами ЖА.
После прохождения через третий расширитель 62 и второй теплообменник 26 в последний раз, поток 45 головного продукта проходит через третий теплообменник 64, в котором дополнительно охлаждается поток 24 природного газа. Поток головного продукта, который ранее был назван ГА, выпускают в атмосферу через выпуск 66 ГА или распоряжаются иным образом. Если Г А выпускают в атмосферу, факел ГА должен обладать достаточной подъемной силой для широкого распространения и разбавления в атмосфере до того, как какая-либо значительная часть факела опустится к земле, что может потенциально вызвать опасный дефицит кислорода. Поскольку вероятно, что ГА обладает, по существу, нулевой относительной влажностью, а его удельный вес лишь немного меньше, чем у окружающего воздуха, вариантами осуществления изобретения должна быть обеспечена такая температура выпускаемого ГА, которая больше местной температуры окружающей среды, что повышает подъемную силу и улучшает рассеивание факела ГА. Специалистам в области вентиляции и вентиляционных труб известны альтернативные повышению температуры варианты рассеивания факела, включая изменение высоты трубы и обеспечение более высокой скорости на выходе из трубы, что может быть достигнуто, например, путем использования элемента Вентури в конструкции трубы.
Далее описана траектория движения природного газа через систему 10. Поступающий природный газ 20 с некоторым давлением или сжатый до нужного давления затем проходит через различные теплообменники, установленные последовательно, параллельно или способом, объединяющим последовательное и параллельное соединение, с целью его охлаждения хладагентом или хладагентами. Давление природного газа, поступающего в систему 10, обычно составляет от 20 бар абс. до 100 бар абс., при этом, верхний предел давления, вообще, ограничивается экономическими соображениями при выборе теплообменного оборудования. Учитывая совершенствование теплообменников в будущем, можно допустить давление газа на входе 200 бар абс. или более. В предпочтительном варианте осуществления изобретения давление поступающего природного газа выбирают равным, примерно, 90 бар абс. Специалистам в дан
- 6 034087 ной области известно, что увеличение давления поступающего природного газа, вообще, повышает эффективность теплопередачи в процессе сжижения. Как показано на фиг. 1, поступающий природный газ 20 сначала проходит через третий теплообменник 64. В третьем теплообменнике происходит предварительное охлаждение природного газа перед его поступлением во второй теплообменник 26, который является основным теплообменником системы 10. Третий теплообменник также позволяет нагревать ГА потока 45 головного продукта почти до температуры потока природного газа на входе. Если нужно, третий теплообменник 64 может быть исключен из системы 10.
После выхода из третьего теплообменника поток 24 природного газа охлаждают и конденсируют под давлением во втором теплообменнике 26, где поток природного газа охлаждается за счет нескольких проходов ГА потока 45 головного продукта. Поток 24 природного газа соединяют с продуктовым потоком 54 отделенного парникового газа, который, как описано выше, представляет собой парниковые газы, из которых, по существу, полностью удален ГА. Затем поток 24 природного газа пропускают через первый теплообменник 22, в котором для охлаждения потока 24 природного газа используется ЖА из системы 14 подачи ЖА. Если нужно, первый теплообменник 22 может быть исключен из системы 10. В этой точке природный газ потока 24 природного газа, по существу, полностью сжижен с образованием СПГ. Высокое давление конденсации СПГ снижают до давления, близкого атмосферному, при помощи устройства 68 снижения давления, которое может включать однофазную или многофазную гидравлическую турбину, клапан Джоуля-Томсона или подобное им устройство снижения давления. На фиг. 1 показано использование гидравлической турбины. Поток 70 СПГ, выходящий из устройства 68 снижения давления, затем может быть направлен на хранение в резервуарах, подан в береговые или плавучие танкеры, в надлежащий криогенный трубопровод или подобное средство транспорта с целью доставки СПГ в место сбыта.
Ректификационная колонна 32 блока 30 удаления парникового газа может допускать регулировку с целью обеспечения соответствия требованиям по содержанию парникового газа в потоке 45 головного продукта и содержанию азота в продуктовом потоке 36 парникового газа и/или продуктовом потоке 54 отделенного парникового газа. Вообще, температура и испаряемая часть потока 29 расширенного ЗГА оказывают влияние на относительную нагрузку конденсатора и ребойлера, при этом, большая испаряемая часть или более высокая температура потока 29 расширенного ЗГА ведут к увеличению нагрузки конденсатора и уменьшению нагрузки ребойлера при тех же требованиях, предъявляемых к продукту. Меньшая испаряемая часть или более низкая температура потока 29 расширенного ЗГА оказывают противоположное влияние. Кроме того, увеличение (или уменьшение) коэффициента теплопередачи в теплообменнике-тепловом насосе 40 влияет на увеличение (или уменьшение) нагрузки и конденсатора, и ребойлера, что воздействует на параметры продукта. Контроллер 72, обеспечивающий корректировку температуры и/или испаряемой части потока 29 расширенного ЗГА и коэффициента теплопередачи в теплообменнике-тепловом насосе 40, может быть использован как для уравновешивания нагрузки конденсатора и ребойлера (с поправкой на энергию, добавляемую головным компрессором 38), так и регулировки параметров продукта ректификационной колонны 32. На практике такая регулировка может быть выполнена путем корректировки температуры на входе первого турбо-расширителя 28 и путем регулировки повышения давления головным компрессором 38 колонны. В качестве альтернативы, для достижения того же результата может осуществляться управление другими компонентами системы 10.
Теперь, после описания одного из вариантов осуществления изобретения, перейдем к описанию дополнительных его аспектов. На фиг. 2 показана система 200 производства СПГ, аналогичная системе 10 фиг. 1. Система 200 производства СПГ дополнительно включает компрессор 202 природного газа и охладитель 204 природного газа, которые предназначены для повышения давления и охлаждения природного газа до оптимальных давления и температуры перед поступлением в третий, второй и первый теплообменники 64, 26, 22. Компрессор 202 природного газа и охладитель 204 природного газа могут представлять собой множество индивидуальных компрессоров и охладителей или одноступенчатый компрессор и охладитель. Компрессор 202 природного газа может принадлежать к типам компрессоров, широко известным специалистам в данной области, включающим центробежные, осевые, винтовые и поршневые компрессоры. Охладитель 204 природного газа может быть выбран из охладителей, принадлежащих к известным специалистам в данной области типам, включающим воздушные ребристые, двухтрубные, кожухотрубные, пластинчатые, типа труба в трубе и пластинчатые с вытравленными каналами теплообменники. Давление поступающего природного газа после компрессора 202 природного газа и охладителя 204 природного газа должно соответствовать ранее указанному диапазону (например, 20-100 бар абс. и до 200 бар абс. или более по мере совершенствования конструкции теплообменников).
На фиг. 3 показана система 300 производства СПГ, аналогичная системе 200 производства СПГ. Система 300 производства СПГ дополнительно включает расширитель 302 природного газа, установленный после компрессора 202 природного газа и охладителя 204 природного газа. Расширитель 302 природного газа может относиться к любому типу расширителей, такому как турбо-расширитель или другой тип устройств снижения давления, например, клапан J-T. В системе 300 производства СПГ давление на выходе компрессора 202 природного газа может быть увеличено и выходить за пределы указанного диапазона, продиктованного экономически обусловленным выбором теплообменного оборудования, а избы
- 7 034087 точное давление компенсировано при помощи расширителя 302 природного газа. Сочетание сжатия, охлаждения и расширения обеспечивает дополнительное предварительное охлаждение поступающего природного газа перед его подачей в третий теплообменник 64 или второй теплообменник 26. Например, компрессор 202 природного газа может сжимать поступающий природный газ до давления более 135 бар абс, а в расширителе природного газа давление природного газа может быть снижено до менее, чем 200 бар абс, но ни в коем случае не более, чем давление, до которого природный газ сжимается в компрессоре. В одном из вариантов осуществления изобретения поток природного газа сжимают при помощи компрессора природного газа до давления более 200 бар абс. В другом варианте осуществления изобретения в расширителе природного газа давление природного газа снижают до менее, чем 135 бар абс. Однако, из-за размещения третьего теплообменника 64 по потоку после расширителя 302 природного газа (как показано на фиг. 3) существенно уменьшается температура ГА, проходящего через третий теплообменник 64. Температура охлажденного таким образом ГА может быть намного меньше местной температуры окружающей среды, тем самым, усложняются мероприятия по безопасному и/или эффективному выбросу ГА в атмосферу.
На фиг. 4 показана система 400 производства СПГ, аналогичная системе 300 производства СПГ. В системе 400 производства СПГ третий теплообменник 64 расположен так, что поступающий природный газ 20 проходит через третий теплообменник прежде, чем через компрессор 202 природного газа. Благодаря размещению третьего теплообменника 64 так, так показано на фиг. 4, уменьшается температура природного газа, поступающего в компрессор 202 природного газа, и, таким образом, снижается давление и энергия, потребляемая компрессором 202 природного газа. Кроме того, температура выпускаемого ГА 66 возвращается к уровню, подобному варианту осуществления изобретения, показанному на фиг. 1.
На фиг. 5 показана система 500 производства СПГ, аналогичная системам 300 и 400 производства СПГ. В системе 500 производства СПГ третий теплообменник 64 расположен между компрессором 202 природного газа и охладителем 204 природного газа. При таком размещении приносится в жертву потенциальное снижение энергии, потребляемой компрессором 202 природного газа, обеспечиваемое в системе 400 производства СПГ (фиг. 4), однако достигается существенное увеличение температуры выпускаемого ГА, что значительно повышает подъемную силу и улучшает рассеяние факела ГА. При таким размещении также уменьшается тепловая нагрузка охладителя 204 природного газа, и, следовательно, уменьшается размер, капиталовложения и стоимость эксплуатации охладителя 204 природного газа и сопутствующих систем обеспечения (например, подвода охлаждающей воды, энергообеспечения и т.д.).
На фиг. 6 показана система 600 производства СПГ, аналогичная системе 400 производства СПГ. В системе 600 производства СПГ ГА потока 45 головного продукта подвергают дополнительному охлаждению в системе теплового насоса, когда поток головного продукта циркулирует через второй теплообменник 26 и второй и третий расширители 60, 62. Как показано на фиг. 6, система теплового насоса включает компрессор 602 азота, охладитель 604 азота и рекуперационный теплообменник 606, установленные по потоку до третьего расширителя 62. Добавление этого сочетания компрессора 602 азота, охладителя 604 азота и рекуперационного теплообменника 606 приводит к увеличению давления на входе третьего расширителя 62 при очень небольшом повышении температуры на входе третьего расширителя 62. Благодаря сочетанию компрессора 602 азота, охладителя 604 азота и рекуперационного теплообменника 606 повышается энергия, вырабатываемая третьим расширителем 62, и увеличивается количество тепла, отводимого от ГА в потоке 45 головного продукта, проходящего через эту часть системы 600 производства 600. Благодаря такому сочетанию ГА повторно поступает во второй теплообменник 26 при меньшей температуре, чем на фиг. 4, а также повышается эффективность использования поступающего ЖА в системе 600 производства СПГ.
На фиг. 7 показана система 700 производства СПГ, аналогичная системе 10, в которой применен альтернативный вариант использования продуктового потока 54 отделенного парникового газа. Вместо смешивания продуктового потока 54 отделенного парникового газа с потоком 24 природного газа, как показано на фиг. 1, продуктовый поток 54 отделенного парникового газа может быть использован в качестве источника топливного газа 702 после приведения к надлежащему давлению насосом 58 парникового газа и повторного испарения в одном или нескольких теплообменниках. В качестве примера на фиг. 7 показано прохождение продуктового потока 54 отделенного парникового газа через третий теплообменник 64. Также возможны другие варианты использования продуктового потока отделенного парникового газа, вообще, известные специалистам в данной области.
На фиг. 8 показана система 800 производства СПГ, аналогичная системам 10, 200, 400 и 600 производства СПГ. В системе 800 производства СПГ очень сухой ГА потока 45 головного продукта используется для дополнительного охлаждения в системе 800 производства СПГ. Психрометрическое охлаждение ГА в потоке 45 головного продукта может понизить температуру этого потока до, с точностью до нескольких градусов Цельсия, температуры замерзания воды или примерно 2-5 градусов Цельсия при добавлении (и насыщении) воды 802 к потоку 45 головного продукта после того, как поток 45 головного продукта прошел через третий теплообменник 64, как показано на фиг. 8. Теперь поток 804 влажного или насыщенного ГА с более низкой температурой может быть повторно пропущен через третий теплообменник 64 (или другой надлежащий теплообменник) с целью дополнительного предварительного охлаж
- 8 034087 дения поступающего потока природного газа. Специалистам в данной области понятно, что имеется много способов осуществления психрометрического охлаждения, включая распыление воды через аэрозольные или иные сопла в поток Г А или пропускание ГА и воды через тарелки, насадочный материал или другое(ие) тепло- и массообменное(ые) устройство(а) в башне, колонне или устройстве, подобном градирне. В качестве альтернативы, охлаждающая вода или другая теплопередающая текучая среда может быть дополнительно охлаждена посредством такого психрометрического охлаждения в результате пропускания очень сухого ГА через устройство, подобное градирне. Такая дополнительно охлажденная охлаждающая вода затем может быть использована для предварительного охлаждения других потоков в системе 800 производства СПГ с целью повышения эффективности использования поступающего ЖА. Наконец, в результате добавления водяного пара к очень сухому, в других случаях, газообразному азоту уменьшается удельный вес ГА и увеличивается подъемная сила и рассеивание факела ГА, если ГА выпускают в атмосферу через выпуск 806.
На каждой из прилагаемых фигур устройство 30 удаления парникового газа показано как часть системы 10, 200, 300, 400, 500, 600, 700, 800 производства СПГ, и блок удаления парникового газа представлено как основанное на технологиях и методиках ректификации. Для удаления загрязняющего парникового газа из поступающего ЖА 14 могут быть использованы альтернативные системы и способы. Эти альтернативные способы подробно не показаны, однако, они могут включать: процессы адсорбции, включая адсорбцию со сдвигом давления, сдвигом температуры или с сочетанием сдвига давления и температуры; адсорбцию или абсорбцию в объеме, например, слоем активированного угля; или каталитические процессы.
В раскрытых вариантах осуществления изобретения теплообменники описаны как охлаждаемые только ЖА, ГА или их сочетанием, происходящими из поступающего ЖА 14. Однако возможно повышение охлаждающей способности любого из описанных теплообменников посредством использования дополнительной системы охлаждения, не соединенной жидкостной связью с линиями природного газа или азота системы 10 производства СПГ. Хладагент, используемый в дополнительной системе охлаждения, может включать надлежащий углеводородный газ (например, алкены или алканы, такие как метан, этан, этилен, пропан и т.д.), инертные газы (например, азот, гелий, аргон и т.д.) или другие хладагенты, известные специалистам в данной области. На фиг. 9 показана дополнительная система 900 охлаждения, обеспечивающая дополнительную охлаждающую способность теплообменника-теплового насоса 40 блока 30 удаления парникового газа посредством использования потока 902 аргона в качестве хладагента. Дополнительная система 900 охлаждения включает дополнительный компрессор 904, сжимающий поток 902 аргона до надлежащего давления. Поток 902 аргона затем пропускают через дополнительный теплообменник, показанный на фиг. 9 как охладитель 906. Затем поток 902 аргона проходит через дополнительное устройство 908 снижения давления, такое как клапан Джоуля-Томсона или расширитель. Затем поток 902 аргона пропускают через теплообменник-тепловой насос 40, чтобы усилить охлаждающее действие ГА в головном потоке 34 ректификационной колонны по охлаждению парниковых газов в продуктовом потоке 36 парникового газа. Затем поток 902 аргона рециркулируют через дополнительный компрессор 904, как описано ранее.
Дополнительная система охлаждения, подобная дополнительной системе 900 охлаждения, может быть использована для повышения охлаждающей способности других теплообменников, описанных в настоящем документе, таких как первый теплообменник 22, второй теплообменник 26, третий теплообменник 64 и/или рекуперационный теплообменник 606. Кроме того, хотя хладагент дополнительной системы 900 охлаждения не соединен жидкостной связью с системой 10 производства СПГ, в некоторых вариантах осуществления изобретения источником этого хладагента могут быть потоки природного газа и/или потоки азота системы производства СПГ. Кроме того, в дополнительном теплообменнике 906 может осуществляться обмен теплом (или холодом) с газообразными потоками и/или жидкими потоками системы 10 производства СПГ, такими как поток 12 ЖА, поток 24 природного газа, поток 27 ЗГА или продуктовый поток 36 парникового газа.
На фиг. 10 показан способ 1000 производства СПГ с использованием ЖА в качестве первичного хладагента в соответствии с раскрытыми аспектами изобретения. В блоке 1002 обеспечивается поступление потока природного газа. В блоке 1004 обеспечивается поступление потока сжиженного азота. В блоке 1006 поток природного газа и поток сжиженного азота пропускают через первый теплообменник, в котором происходит теплообмен между потоком сжиженного азота и потоком природного газа и, в результате, по меньшей мере частичное, испарение потока сжиженного азота и, по меньшей мере частичная, конденсация потока природного газа. Поток сжиженного азота проходит через первый теплообменник, по меньшей мере, один раз, но предпочтительно, по меньшей мере, три раза. В блоке 1008 давление потока, по меньшей мере частично, испаренного азота может быть снижено, предпочтительно, с использованием по меньшей мере одного расширяющего средства. В блоке 1010 парниковый газ удаляют из потока, по меньшей мере частично, испаренного азота с использованием блока удаления парникового газа, такого как блок 30 удаления парникового газа.
На фиг. 11 показан способ 1100 удаления являющегося загрязняющей примесью парникового газа из потока жидкого азота, используемого для сжижения потока природного газа. В блоке 1102 поток при
- 9 034087 родного газа и поток сжиженного азота пропускают через первый теплообменник, в котором происходит теплообмен между потоком сжиженного азота и потоком природного газа и, в результате, по меньшей мере частичное, испарение потока сжиженного азота и, по меньшей мере частичная, конденсация потока природного газа. Поток сжиженного азота проходит через первый теплообменник, по меньшей мере, один раз, предпочтительно, по меньшей мере, три раза. В блоке 1104 давление потока, по меньшей мере частично, испаренного азота может быть снижено, предпочтительно, с использованием, по меньшей мере, одного расширяющего средства. В блоке 1106 обеспечивается блок удаления парникового газа, которое включает ректификационную колонну и систему теплового насоса- конденсатора и ребойлера. В блоке 1108 давление и температуру конденсации головного потока ректификационной колонны увеличивают. В блоке 1110 головной поток ректификационной колонны и кубовый поток ректификационной колонны подвергают перекрестному теплообмену с целью воздействия на нагрузку головного конденсатора и на нагрузку кубового ребойлера ректификационной колонны. В блоке 1112, после стадии перекрестного теплообмена, давление головного потока ректификационной колонны уменьшают с целью получения головного потока ректификационной колонны сниженного давления. В блоке 1114 головной поток ректификационной колонны сниженного давления разделяют, получая головной поток первого сепаратора, состоящий из газообразного азота, который покидает блок удаления парникового газа как поток, из которого удалены парниковые газы. В блоке 1116 головной поток первого сепаратора выпускают в атмосферу.
Эти варианты осуществления и аспекты изобретения обеспечивают эффективный способ удаления являющихся загрязняющими примесями парниковых газов из потока ЖА, используемого для сжижения природного газа. Преимуществом изобретения является то, что система теплового насоса блока 30 удаления парникового газа устраняет потребность во внешних источниках нагревания и охлаждения для отделения парниковых газов от азота.
Другим преимуществом эффективного удаления парниковых газов из ЖА является то, что оборудование для хранения ЖА может рентабельно использоваться для хранения СПГ, тем самым, уменьшается площадь, занимаемая оборудованием для обработки природного газа.
Еще одним преимуществом является то, что газообразный азот может быть выпущен в атмосферу без нежелательного сопутствующего выброса парниковых газов.
Хотя примерные варианты осуществления изобретения, описанные в настоящем документе со ссылкой на фиг. 1-11, направлены на производство СПГ с использованием ЖА в качестве первичного хладагента, специалистам в данной области понятно, что эти принципы применимы к другим способам охлаждения и хладагентам. Например, раскрываемые способы и системы могут быть использованы там, где оборудование для централизованного хранения СПГ и ЖА отсутствует, и желательно просто очищать хладагент, использованный для получения СПГ и в других способах сжижения.
Варианты осуществления изобретения могут включать любое сочетание способов и систем, представленных в нижеследующих пронумерованных абзацах. Это не следует рассматривать как исчерпывающий список всех возможных вариантов осуществления изобретения, так как на основании вышеизложенного может быть создано любое количество вариантов.
1. Система производства сжиженного природного газа с использованием жидкого азота в качестве первичного хладагента, содержащая источник природного газа; источник сжиженного азота;
по меньшей мере один теплообменник, выполненный с возможностью обеспечения теплообмена между потоком сжиженного азота из источника сжиженного азота и потоком природного газа из источника природного газа, для по меньшей мере частичного испарения потока сжиженного азота, и по меньшей мере частичной конденсации потока природного газа;
по меньшей мере одно расширяющее средство для снижения давления по меньшей мере частично испаренного потока азота;
блок удаления парникового газа, содержащий ректификационную колонну, содержащую систему теплового насоса конденсатора и ребойлера, при этом блок удаления парникового газа выполнен с возможностью удаления парникового газа из по меньшей мере частично испаренного потока азота, причем парниковый газ содержит, по меньшей мере, один газ, выбранный из метана, этана, пропана, бутана, этена, пропена и бутена, и при этом система теплового насоса конденсатора и ребойлера содержит компрессор, выполненный с возможностью повышения давления и температуры конденсации головного потока ректификационной колонны, теплообменник-тепловой насос для перекрестного теплообмена между головным потоком ректификационной колонны и кубовым потоком ректификационной колонны, устройство снижения давления, соединенное с выпуском теплообменника-теплового насоса и предназначенное для снижения давления головного потока ректификационной колонны после того, как головной поток ректификационной колонны прошел через теплообменник-тепловой насос, и сепаратор, соединенный с выпуском устройства снижения давления и предназначенный для производства головного потока первого сепаратора, при этом, головной поток первого сепаратора представля
- 10 034087 ет собой газообразный азот, выходящий из блока удаления парникового газа, из которого удалены парниковые газы; и контроллер для корректировки температуры на входе первой из, по меньшей мере, одного расширяющего средства.
2. Система по п.1, в которой поток сжиженного азота проходит через первый по меньшей мере из одного теплообменника по меньшей мере три раза.
3. Система по п.1 или 2, дополнительно содержащая по меньшей мере одно расширяющее средство для снижения давления по меньшей мере частично испаренного потока азота.
4. Система по любому из пп.1-3, в которой блок удаления парникового газа включает по меньшей мере одну ректификационную колонну, систему абсорбции, систему адсорбции и каталитическую систему.
5. Система по п.1, дополнительно включающая по меньшей мере одно расширяющее средство для снижения давления по меньшей мере частично испаренного потока азота, при этом входящий поток ректификационной колонны является выходящим потоком первого по меньшей мере из одного расширяющего средства.
6. Система по п.1, в которой контроллер дополнительно выполнен с возможностью управления компрессором для корректировки увеличения давления головного потока ректификационной колонны и, тем самым, изменения общей теплопередачи в теплообменнике-тепловом насосе.
7. Система по любому из пп.1 или 6, дополнительно включающая систему выпуска азота, обеспечивающую выпуск головного потока первого сепаратора в атмосферу.
8. Система по любому из пп.1 или 6-7, дополнительно включающая второй теплообменник, в котором происходит теплообмен между головным потоком первого сепаратора и потоком природного газа для увеличения температуры головного потока первого сепаратора, по меньшей мере, до температуры окружающей среды перед поступлением головного потока первого сепаратора в систему выпуска азота.
9. Система по любому из пп.1-8, дополнительно включающая устройство снижения давления для снижения давления по меньшей мере частично сконденсированного потока природного газа.
10. Система по п.9, в которой устройство снижения давления представляет собой одно или несколько устройств, выбранных из гидротурбины и клапана Джоуля-Томсона.
11. Система по любому из пп.1-10, дополнительно включающая насос, выполненный с возможностью нагнетания потока сжиженного азота до давления по меньшей мере 20 бар абс.
12. Система по любому из пп.1-11, в которой парниковые газы, удаленные, по меньшей мере, из частично испаренного потока азота, включают продуктовый поток парникового газа, и которая дополнительно включает насос парникового газа, выполненный с возможностью увеличения давления продуктового потока парникового газа.
13. Система по п.12, в которой продуктовый поток парникового газа соединяют с по меньшей мере частично сконденсированным потоком природного газа.
14. Система по п.12 или 13, в которой продуктовый поток парникового газа повторно испарен для образования сжатого газообразного продукта.
15. Система по любому из пп.1-14, дополнительно включающая систему теплового насоса, через которую проходит, по меньшей мере, частично испаренный поток азота после прохождения через первый по меньшей мере из одного расширяющего средства.
16. Система по любому из пп.1-15, в которой система теплового насоса включает компрессор азота, охладитель азота и рекуперационный теплообменник.
17. Система по любому из пп.1-16, дополнительно включающая психометрический теплообменник, в котором, по меньшей мере, частично испаренный поток азота используется для предварительного охлаждения потока природного газа перед подачей потока природного газа по меньшей мере в один теплообменник.
18. Система по п.17, в которой удельный вес по меньшей мере частично испаренного потока азота уменьшен по меньшей мере на 0,2% в психометрическом теплообменнике.
19. Способ производства сжиженного природного газа (СПГ) с использованием жидкого азота в качестве первичного хладагента и с использованием системы по пп.1-18, при этом включающий этапы, на которых обеспечивают поток природного газа из источника природного газа;
обеспечивают поток сжиженного азота из источника сжиженного азота;
пропускают поток природного газа и поток сжиженного азота через первый теплообменник, в котором осуществляют теплообмен между потоком сжиженного азота и потоком природного газа для по меньшей мере частичного испарения потока сжиженного азота и по меньшей мере частичной конденсации потока природного газа;
удаляют парниковый газ по меньшей мере из частично испаренного потока азота при помощи блока удаления парникового газа, включающего ректификационную колонну и систему теплового насоса конденсатора и ребойлера;
увеличивают давление и температуру конденсации головного потока ректификационной колонны;
- 11 034087 осуществляют перекрестный теплообмен между головным потоком ректификационной колонны и кубовым потоком ректификационной колонны;
снижают давление головного потока ректификационной колонны после перекрестного теплообмена для получения головного потока ректификационной колонны пониженного давления;
разделяют головной поток ректификационной колонны пониженного давления для получения головного потока первого сепаратора, при этом головной поток первого сепаратора представляет собой газообразный азот, выходящий из блока удаления парникового газа, из которого удалены парниковые газы; и обеспечивают второй теплообменник, в котором осуществляют теплообмен между головным потоком первого сепаратора и потоком природного газа для увеличения температуры головного потока первого сепаратора, по меньшей мере, до температуры окружающей среды перед выпуском головного потока первого сепаратора в атмосферу.
20. Способ по п.19, дополнительно включающий выпуск головного потока первого сепаратора в атмосферу.
21. Способ по п.19, дополнительно включающий снижение давления, по меньшей мере, частично испаренного потока азота с использованием по меньшей мере одного расширяющего средства; и регулирование температуры на входе по меньшей мере одного расширяющего средства.
22. Способ по п.21, дополнительно включающий регулирование увеличения давления и температуры конденсации головного потока ректификационной колонны и, тем самым, изменения общей теплопередачи в ходе перекрестного теплообмена.
23. Способ по любому из пп.19-22, дополнительно включающий объединение парникового газа, удаленного, по меньшей мере, из частично испаренного потока азота, с потоком природного газа.
24. Способ по любому из пп.19-2 3, дополнительно включающий пропускание, по меньшей мере, частично испаренного потока азота через систему теплового насоса после прохождения через первое по меньшей мере из одного расширяющего средства.
25. Способ по любому из пп.19-24, в котором поток сжиженного азота проходит через первый теплообменник по меньшей мере три раза.
Хотя вышеизложенное направлено на варианты осуществления настоящего изобретения, возможны другие и дополнительные варианты осуществления изобретения, не выходящие за рамки основного объема изобретения и объема изобретения, определяемого нижеследующей формулой изобретения.

Claims (25)

  1. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ
    1. Система производства сжиженного природного газа с использованием жидкого азота в качестве первичного хладагента, содержащая источник природного газа;
    источник сжиженного азота;
    по меньшей мере один теплообменник, выполненный с возможностью обеспечения теплообмена между потоком сжиженного азота из источника сжиженного азота и потоком природного газа из источника природного газа, по меньшей мере, для частичного испарения потока сжиженного азота и, по меньшей мере, частичной конденсации потока природного газа;
    по меньшей мере одно расширяющее средство для снижения давления, по меньшей мере, частично испаренного потока азота;
    блок удаления парникового газа, содержащий ректификационную колонну, содержащую систему теплового насоса конденсатора и ребойлера, при этом блок удаления парникового газа выполнен с возможностью удаления парникового газа, по меньшей мере, из частично испаренного потока азота, причем парниковый газ содержит по меньшей мере один газ, выбранный из метана, этана, пропана, бутана, этена, пропена и бутена, и при этом система теплового насоса конденсатора и ребойлера содержит компрессор, выполненный с возможностью повышения давления и температуры конденсации головного потока ректификационной колонны, теплообменник-тепловой насос для перекрестного теплообмена между головным потоком ректификационной колонны и кубовым потоком ректификационной колонны, устройство снижения давления, соединенное с выпуском теплообменника-теплового насоса и предназначенное для снижения давления головного потока ректификационной колонны после того, как головной поток ректификационной колонны прошел через теплообменник-тепловой насос, и сепаратор, соединенный с выпуском устройства снижения давления и предназначенный для производства головного потока первого сепаратора, при этом головной поток первого сепаратора представляет собой газообразный азот, выходящий из блока удаления парникового газа, из которого удалены парниковые газы; и контроллер для корректировки температуры на входе первого по меньшей мере из одного расширяющего средства.
  2. 2. Система по п.1, в которой поток сжиженного азота проходит через первый по меньшей мере из
    - 12 034087 одного теплообменника по меньшей мере три раза.
  3. 3. Система по п.1 или 2, дополнительно содержащая по меньшей мере одно расширяющее средство для снижения давления, по меньшей мере, частично испаренного потока азота.
  4. 4. Система по любому из пп.1-3, в которой блок удаления парникового газа включает по меньшей мере одну ректификационную колонну, систему абсорбции, систему адсорбции и каталитическую систему.
  5. 5. Система по п.1, дополнительно включающая по меньшей мере одно расширяющее средство для снижения давления, по меньшей мере, частично испаренного потока азота, при этом входящий поток ректификационной колонны является выходящим потоком первого по меньшей мере из одного расширяющего средства.
  6. 6. Система по п.1, в которой контроллер дополнительно выполнен с возможностью управления компрессором для корректировки увеличения давления головного потока ректификационной колонны и тем самым изменения общей теплопередачи в теплообменнике-тепловом насосе.
  7. 7. Система по любому из пп.1 или 6, дополнительно включающая систему выпуска азота, обеспечивающую выпуск головного потока первого сепаратора в атмосферу.
  8. 8. Система по любому из пп.1 или 6-7, дополнительно включающая второй теплообменник, в котором происходит теплообмен между головным потоком первого сепаратора и потоком природного газа для увеличения температуры головного потока первого сепаратора, по меньшей мере, до температуры окружающей среды перед поступлением головного потока первого сепаратора в систему выпуска азота.
  9. 9. Система по любому из пп.1-8, дополнительно включающая устройство снижения давления для снижения давления, по меньшей мере, частично сконденсированного потока природного газа.
  10. 10. Система по п.9, в которой устройство снижения давления представляет собой одно или несколько устройств, выбранных из гидротурбины и клапана Джоуля-Томсона.
  11. 11. Система по любому из пп.1-10, дополнительно включающая насос, выполненный с возможностью нагнетания потока сжиженного азота до давления по меньшей мере 20 бар абс.
  12. 12. Система по любому из пп.1-11, в которой парниковые газы, удаленные, по меньшей мере, из частично испаренного потока азота, включают продуктовый поток парникового газа и которая дополнительно включает насос парникового газа, выполненный с возможностью увеличения давления продуктового потока парникового газа.
  13. 13. Система по п.12, в которой продуктовый поток парникового газа соединяют, по меньшей мере, с частично сконденсированным потоком природного газа.
  14. 14. Система по п.12 или 13, в которой продуктовый поток парникового газа повторно испарен для образования сжатого газообразного продукта.
  15. 15. Система по любому из пп.1-14, дополнительно включающая систему теплового насоса, через которую проходит, по меньшей мере, частично испаренный поток азота после прохождения через первый по меньшей мере из одного расширяющего средства.
  16. 16. Система по любому из пп.1-15, в которой система теплового насоса включает компрессор азота, охладитель азота и рекуперационный теплообменник.
  17. 17. Система по любому из пп.1-16, дополнительно включающая психометрический теплообменник, в котором, по меньшей мере, частично испаренный поток азота используется для предварительного охлаждения потока природного газа перед подачей потока природного газа по меньшей мере в один теплообменник.
  18. 18. Система по п.17, в которой удельный вес, по меньшей мере, частично испаренного потока азота уменьшен по меньшей мере на 0,2% в психометрическом теплообменнике.
  19. 19. Способ производства сжиженного природного газа (СПГ) с использованием жидкого азота в качестве первичного хладагента и с использованием системы по пп.1-18, при этом включающий этапы, на которых обеспечивают поток природного газа из источника природного газа;
    обеспечивают поток сжиженного азота из источника сжиженного азота;
    пропускают поток природного газа и поток сжиженного азота через первый теплообменник, в котором осуществляют теплообмен между потоком сжиженного азота и потоком природного газа, по меньшей мере, для частичного испарения потока сжиженного азота и по меньшей мере частичной конденсации потока природного газа;
    удаляют парниковый газ, по меньшей мере, из частично испаренного потока азота при помощи блока удаления парникового газа, включающего ректификационную колонну и систему теплового насоса конденсатора и ребойлера;
    увеличивают давление и температуру конденсации головного потока ректификационной колонны; осуществляют перекрестный теплообмен между головным потоком ректификационной колонны и кубовым потоком ректификационной колонны;
    снижают давление головного потока ректификационной колонны после перекрестного теплообмена для получения головного потока ректификационной колонны пониженного давления;
    разделяют головной поток ректификационной колонны пониженного давления для получения го
    - 13 034087 ловного потока первого сепаратора, при этом головной поток первого сепаратора представляет собой газообразный азот, выходящий из блока удаления парникового газа, из которого удалены парниковые газы; и обеспечивают второй теплообменник, в котором осуществляют теплообмен между головным потоком первого сепаратора и потоком природного газа для увеличения температуры головного потока первого сепаратора, по меньшей мере, до температуры окружающей среды перед выпуском головного потока первого сепаратора в атмосферу.
  20. 20. Способ по п.19, дополнительно включающий выпуск головного потока первого сепаратора в атмосферу.
  21. 21. Способ по п.19, дополнительно включающий снижение давления, по меньшей мере, частично испаренного потока азота с использованием по меньшей мере одного расширяющего средства; и регулирование температуры на входе по меньшей мере одного расширяющего средства.
  22. 22. Способ по п.21, дополнительно включающий регулирование увеличения давления и температуры конденсации головного потока ректификационной колонны и тем самым изменения общей теплопередачи в ходе перекрестного теплообмена.
  23. 23. Способ по любому из пп.19-22, дополнительно включающий объединение парникового газа, удаленного, по меньшей мере, из частично испаренного потока азота, с потоком природного газа.
  24. 24. Способ по любому из пп.19-23, дополнительно включающий пропускание, по меньшей мере, частично испаренного потока азота через систему теплового насоса после прохождения через первое по меньшей мере из одного расширяющего средства.
  25. 25. Способ по любому из пп.19-24, в котором поток сжиженного азота проходит через первый теплообменник по меньшей мере три раза.
EA201890309A 2015-07-15 2016-06-14 Система и способ производства сжиженного природного газа с удалением парникового газа EA034087B1 (ru)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201562192654P 2015-07-15 2015-07-15
PCT/US2016/037375 WO2017011123A1 (en) 2015-07-15 2016-06-14 Liquefied natural gas production system and method with greenhouse gas removal

Publications (2)

Publication Number Publication Date
EA201890309A1 EA201890309A1 (ru) 2018-05-31
EA034087B1 true EA034087B1 (ru) 2019-12-25

Family

ID=56204032

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EA201890309A EA034087B1 (ru) 2015-07-15 2016-06-14 Система и способ производства сжиженного природного газа с удалением парникового газа

Country Status (9)

Country Link
US (1) US10480854B2 (ru)
EP (2) EP3396283B1 (ru)
JP (1) JP6539405B2 (ru)
KR (1) KR102064167B1 (ru)
AU (2) AU2016294175B2 (ru)
CA (2) CA2991940C (ru)
EA (1) EA034087B1 (ru)
TW (1) TWI606221B (ru)
WO (1) WO2017011123A1 (ru)

Families Citing this family (26)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI603044B (zh) 2015-07-10 2017-10-21 艾克頌美孚上游研究公司 使用液化天然氣製造液化氮氣之系統與方法
TWI608206B (zh) 2015-07-15 2017-12-11 艾克頌美孚上游研究公司 藉由預冷卻天然氣供給流以增加效率的液化天然氣（ｌｎｇ）生產系統
KR102137940B1 (ko) 2015-12-14 2020-07-27 엑손모빌 업스트림 리서치 캄파니 액화 질소를 사용하여 액화 천연 가스로부터 질소를 분리하기 위한 방법 및 시스템
EP3390940B1 (en) 2015-12-14 2019-12-25 Exxonmobil Upstream Research Company Method of natural gas liquefaction on lng carriers storing liquid nitrogen
WO2018147974A1 (en) * 2017-02-13 2018-08-16 Exxonmobil Upstream Research Company Increasing efficiency in an lng production system by pre-cooling a natural gas feed stream
SG11201906786YA (en) * 2017-02-24 2019-09-27 Exxonmobil Upstream Res Co Method of purging a dual purpose lng/lin storage tank
US11002481B2 (en) * 2017-03-20 2021-05-11 Sustainable Energy Solutions, Inc. Method for removing a foulant from a gas stream without external refrigeration
GB2571946A (en) * 2018-03-13 2019-09-18 Linde Ag Method for operating a feed gas processing plant
WO2019177705A1 (en) * 2018-03-14 2019-09-19 Exxonmobil Upstream Research Company Method and system for liquefaction of natural gas using liquid nitrogen
EP3803241B1 (en) 2018-06-07 2022-09-28 ExxonMobil Upstream Research Company Pretreatment and pre-cooling of natural gas by high pressure compression and expansion
CA3109351C (en) 2018-08-14 2023-10-10 Exxonmobil Upstream Research Company Conserving mixed refrigerant in natural gas liquefaction facilities
AU2019324100B2 (en) 2018-08-22 2023-02-02 ExxonMobil Technology and Engineering Company Heat exchanger configuration for a high pressure expander process and a method of natural gas liquefaction using the same
US11555651B2 (en) 2018-08-22 2023-01-17 Exxonmobil Upstream Research Company Managing make-up gas composition variation for a high pressure expander process
JP7179155B2 (ja) 2018-08-22 2022-11-28 エクソンモービル アップストリーム リサーチ カンパニー 高圧エキスパンダプロセスのための一次ループ始動方法
US11215410B2 (en) 2018-11-20 2022-01-04 Exxonmobil Upstream Research Company Methods and apparatus for improving multi-plate scraped heat exchangers
WO2020106394A1 (en) 2018-11-20 2020-05-28 Exxonmobil Upstream Research Company Poly refrigerated integrated cycle operation using solid-tolerant heat exchangers
US11668524B2 (en) 2019-01-30 2023-06-06 Exxonmobil Upstream Research Company Methods for removal of moisture from LNG refrigerant
CA3123235A1 (en) 2019-01-30 2020-08-06 Exxonmobil Upstream Research Company Methods for removal of moisture from lng refrigerant
US11465093B2 (en) 2019-08-19 2022-10-11 Exxonmobil Upstream Research Company Compliant composite heat exchangers
US20210063083A1 (en) 2019-08-29 2021-03-04 Exxonmobil Upstream Research Company Liquefaction of Production Gas
WO2021055020A1 (en) 2019-09-19 2021-03-25 Exxonmobil Upstream Research Company Pretreatment and pre-cooling of natural gas by high pressure compression and expansion
US11815308B2 (en) 2019-09-19 2023-11-14 ExxonMobil Technology and Engineering Company Pretreatment and pre-cooling of natural gas by high pressure compression and expansion
WO2021055074A1 (en) 2019-09-20 2021-03-25 Exxonmobil Upstream Research Company Removal of acid gases from a gas stream, with o2 enrichment for acid gas capture and sequestration
EP4034798B1 (en) 2019-09-24 2024-04-17 ExxonMobil Technology and Engineering Company Cargo stripping features for dual-purpose cryogenic tanks on ships or floating storage units for lng and liquid nitrogen
RU2732998C1 (ru) * 2020-01-20 2020-09-28 Андрей Владиславович Курочкин Установка низкотемпературного фракционирования для комплексной подготовки газа с выработкой сжиженного природного газа
RU2758362C1 (ru) * 2021-03-10 2021-10-28 Андрей Владиславович Курочкин Установка комплексной подготовки газа с повышенным извлечением газового конденсата и выработкой сжиженного природного газа

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3370435A (en) * 1965-07-29 1968-02-27 Air Prod & Chem Process for separating gaseous mixtures
US4415345A (en) * 1982-03-26 1983-11-15 Union Carbide Corporation Process to separate nitrogen from natural gas
US5638698A (en) * 1996-08-22 1997-06-17 Praxair Technology, Inc. Cryogenic system for producing nitrogen
FR2756368A1 (fr) * 1998-01-13 1998-05-29 Air Liquide Procede et installation pour l'alimentation pour un appareil de separation d'air
US20100251763A1 (en) * 2006-07-18 2010-10-07 Ntnu Technology Transfer As Apparatus and Methods for Natural Gas Transportation and Processing
US20110036121A1 (en) * 2009-08-13 2011-02-17 Air Products And Chemicals, Inc. Refrigerant Composition Control

Family Cites Families (61)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3180709A (en) 1961-06-29 1965-04-27 Union Carbide Corp Process for liquefaction of lowboiling gases
US3347055A (en) 1965-03-26 1967-10-17 Air Reduction Method for recuperating refrigeration
US3400547A (en) 1966-11-02 1968-09-10 Williams Process for liquefaction of natural gas and transportation by marine vessel
US3690114A (en) * 1969-11-17 1972-09-12 Judson S Swearingen Refrigeration process for use in liquefication of gases
DE1960515B1 (de) 1969-12-02 1971-05-27 Linde Ag Verfahren und Vorrichtung zum Verfluessigen eines Gases
US3878689A (en) 1970-07-27 1975-04-22 Carl A Grenci Liquefaction of natural gas by liquid nitrogen in a dual-compartmented dewar
FR2131985B1 (ru) 1971-03-30 1974-06-28 Snam Progetti
US3724226A (en) 1971-04-20 1973-04-03 Gulf Research Development Co Lng expander cycle process employing integrated cryogenic purification
DE2354726A1 (de) 1973-11-02 1975-05-07 Messer Griesheim Gmbh Verfahren zur verfluessigung und konditionierung von methan
GB1596330A (en) 1978-05-26 1981-08-26 British Petroleum Co Gas liquefaction
JPS59216785A (ja) 1983-05-26 1984-12-06 Mitsubishi Heavy Ind Ltd Ｌｎｇの輸送システム
US4677827A (en) * 1985-02-22 1987-07-07 Air Products And Chemicals, Inc. Natural gas depressurization power recovery and reheat
GB8505930D0 (en) 1985-03-07 1985-04-11 Ncl Consulting Engineers Gas handling
DE59000200D1 (de) 1989-04-17 1992-08-20 Sulzer Ag Verfahren zur gewinnung von erdgas.
US5100635A (en) * 1990-07-31 1992-03-31 The Boc Group, Inc. Carbon dioxide production from combustion exhaust gases with nitrogen and argon by-product recovery
US5137558A (en) 1991-04-26 1992-08-11 Air Products And Chemicals, Inc. Liquefied natural gas refrigeration transfer to a cryogenics air separation unit using high presure nitrogen stream
US5139547A (en) 1991-04-26 1992-08-18 Air Products And Chemicals, Inc. Production of liquid nitrogen using liquefied natural gas as sole refrigerant
US5141543A (en) 1991-04-26 1992-08-25 Air Products And Chemicals, Inc. Use of liquefied natural gas (LNG) coupled with a cold expander to produce liquid nitrogen
NO179986C (no) 1994-12-08 1997-01-22 Norske Stats Oljeselskap Fremgangsmåte og system for fremstilling av flytendegjort naturgass til havs
TW368596B (en) 1997-06-20 1999-09-01 Exxon Production Research Co Improved multi-component refrigeration process for liquefaction of natural gas
GB2333148A (en) 1998-01-08 1999-07-14 Winter Christopher Leslie Liquifaction of gases
JP3610246B2 (ja) * 1998-10-29 2005-01-12 大阪瓦斯株式会社 Ｌｎｇのボイルオフガス再液化および空気分離一体化装置
US6298688B1 (en) 1999-10-12 2001-10-09 Air Products And Chemicals, Inc. Process for nitrogen liquefaction
GB0006265D0 (en) 2000-03-15 2000-05-03 Statoil Natural gas liquefaction process
US6295838B1 (en) 2000-08-16 2001-10-02 Praxair Technology, Inc. Cryogenic air separation and gas turbine integration using heated nitrogen
US6412302B1 (en) 2001-03-06 2002-07-02 Abb Lummus Global, Inc. - Randall Division LNG production using dual independent expander refrigeration cycles
US20060000615A1 (en) 2001-03-27 2006-01-05 Choi Michael S Infrastructure-independent deepwater oil field development concept
US6889522B2 (en) 2002-06-06 2005-05-10 Abb Lummus Global, Randall Gas Technologies LNG floating production, storage, and offloading scheme
US7143606B2 (en) 2002-11-01 2006-12-05 L'air Liquide-Societe Anonyme A'directoire Et Conseil De Surveillance Pour L'etide Et L'exploitation Des Procedes Georges Claude Combined air separation natural gas liquefaction plant
US6662589B1 (en) 2003-04-16 2003-12-16 Air Products And Chemicals, Inc. Integrated high pressure NGL recovery in the production of liquefied natural gas
US7278281B2 (en) 2003-11-13 2007-10-09 Foster Wheeler Usa Corporation Method and apparatus for reducing C2 and C3 at LNG receiving terminals
EP1715267A1 (en) 2005-04-22 2006-10-25 Air Products And Chemicals, Inc. Dual stage nitrogen rejection from liquefied natural gas
FR2885679A1 (fr) 2005-05-10 2006-11-17 Air Liquide Procede et installation de separation de gaz naturel liquefie
RU2406949C2 (ru) 2005-08-09 2010-12-20 Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани Способ ожижения природного газа для получения сжиженного природного газа
US7712331B2 (en) 2006-06-30 2010-05-11 Air Products And Chemicals, Inc. System to increase capacity of LNG-based liquefier in air separation process
CA2670350C (en) 2006-12-15 2014-11-04 Exxonmobil Upstream Research Company Long tank fsru/flsv/lngc
EP1972875A1 (en) 2007-03-23 2008-09-24 L'AIR LIQUIDE, S.A. pour l'étude et l'exploitation des procédés Georges Claude Process and apparatus for the separation of air by cryogenic distillation
EP2165139A2 (en) 2007-07-12 2010-03-24 Shell Internationale Research Maatschappij B.V. Method and apparatus for liquefying a gaseous hydrocarbon stream
US8601833B2 (en) 2007-10-19 2013-12-10 Air Products And Chemicals, Inc. System to cold compress an air stream using natural gas refrigeration
JP2011526993A (ja) 2007-12-21 2011-10-20 シエル・インターナシヨネイル・リサーチ・マーチヤツピイ・ベー・ウイ ガス化された炭化水素流の製造方法、炭化水素ガス流を液化する方法、及び窒素を主体とする流れを冷却および再加温し、それによって炭化水素流を液化および再ガス化するための循環方法
DE102008060699A1 (de) 2008-12-08 2010-06-10 Behr Gmbh & Co. Kg Verdampfer für einen Kältekreis
DE102009008229A1 (de) 2009-02-10 2010-08-12 Linde Ag Verfahren zum Abtrennen von Stickstoff
GB2470062A (en) 2009-05-08 2010-11-10 Corac Group Plc Production and Distribution of Natural Gas
US9016088B2 (en) 2009-10-29 2015-04-28 Butts Propertties, Ltd. System and method for producing LNG from contaminated gas streams
US20110126451A1 (en) 2009-11-30 2011-06-02 Chevron U.S.A., Inc. Integrated process for converting natural gas from an offshore field site to liquefied natural gas and liquid fuel
GB2462555B (en) 2009-11-30 2011-04-13 Costain Oil Gas & Process Ltd Process and apparatus for separation of Nitrogen from LNG
US8464289B2 (en) 2010-03-06 2013-06-11 Yang Pan Delivering personalized media items to users of interactive television and personal mobile devices by using scrolling tickers
US20110259044A1 (en) 2010-04-22 2011-10-27 Baudat Ned P Method and apparatus for producing liquefied natural gas
GB2486036B (en) 2011-06-15 2012-11-07 Anthony Dwight Maunder Process for liquefaction of natural gas
RU2607933C2 (ru) 2011-08-10 2017-01-11 Конокофиллипс Компани Установка для сжижения природного газа с этилен-независимой системой извлечения тяжелых фракций
EP2620732A1 (de) 2012-01-26 2013-07-31 Linde Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Luftzerlegung und Dampferzeugung in einem kombinierten System
CN102628635B (zh) 2012-04-16 2014-10-15 上海交通大学 带凝华脱除co2的气体膨胀天然气带压液化工艺
CN104302540B (zh) 2012-04-20 2017-08-04 Sbm斯希丹公司 包括第一改装lng船和第二改装lng船的浮式lng工厂和获得浮式lng工厂的方法
US20140130542A1 (en) 2012-11-13 2014-05-15 William George Brown Method And Apparatus for High Purity Liquefied Natural Gas
CA2890089C (en) 2012-11-16 2019-04-30 Exxonmobil Upstream Research Company Liquefaction of natural gas
US8646289B1 (en) 2013-03-20 2014-02-11 Flng, Llc Method for offshore liquefaction
DE102013007208A1 (de) 2013-04-25 2014-10-30 Linde Aktiengesellschaft Verfahren zum Gewinnen einer Methan-reichen Flüssigfraktion
US20150114034A1 (en) * 2013-10-25 2015-04-30 Air Products And Chemicals, Inc. Purification of Carbon Dioxide
WO2015110443A2 (en) 2014-01-22 2015-07-30 Global Lng Services Ltd. Coastal liquefaction
TWI603044B (zh) 2015-07-10 2017-10-21 艾克頌美孚上游研究公司 使用液化天然氣製造液化氮氣之系統與方法
TWI608206B (zh) 2015-07-15 2017-12-11 艾克頌美孚上游研究公司 藉由預冷卻天然氣供給流以增加效率的液化天然氣（ｌｎｇ）生產系統

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3370435A (en) * 1965-07-29 1968-02-27 Air Prod & Chem Process for separating gaseous mixtures
US4415345A (en) * 1982-03-26 1983-11-15 Union Carbide Corporation Process to separate nitrogen from natural gas
US5638698A (en) * 1996-08-22 1997-06-17 Praxair Technology, Inc. Cryogenic system for producing nitrogen
FR2756368A1 (fr) * 1998-01-13 1998-05-29 Air Liquide Procede et installation pour l'alimentation pour un appareil de separation d'air
US20100251763A1 (en) * 2006-07-18 2010-10-07 Ntnu Technology Transfer As Apparatus and Methods for Natural Gas Transportation and Processing
US20110036121A1 (en) * 2009-08-13 2011-02-17 Air Products And Chemicals, Inc. Refrigerant Composition Control

Also Published As

Publication number Publication date
JP2018522194A (ja) 2018-08-09
CA3059159A1 (en) 2017-01-19
CA2991940C (en) 2019-12-31
CA2991940A1 (en) 2017-01-19
WO2017011123A1 (en) 2017-01-19
TWI606221B (zh) 2017-11-21
EP3322950A1 (en) 2018-05-23
AU2019200234A8 (en) 2019-08-01
JP6539405B2 (ja) 2019-07-03
AU2016294175B2 (en) 2018-12-13
EP3396283A1 (en) 2018-10-31
AU2019200234A1 (en) 2019-01-31
KR20180030116A (ko) 2018-03-21
AU2016294175A1 (en) 2018-02-08
CA3059159C (en) 2021-06-15
TW201713909A (zh) 2017-04-16
EA201890309A1 (ru) 2018-05-31
KR102064167B1 (ko) 2020-01-09
EP3396283B1 (en) 2020-09-02
US20170016667A1 (en) 2017-01-19
AU2019200234B2 (en) 2019-08-01
EP3322950B1 (en) 2019-11-27
US10480854B2 (en) 2019-11-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2685778C1 (ru) Повышение эффективности системы производства спг путем предварительного охлаждения поступающего потока природного газа
EA034087B1 (ru) Система и способ производства сжиженного природного газа с удалением парникового газа
US20210364229A1 (en) Systems and Methods of Removing Contaminants in a Liquid Nitrogen Stream Used to Liquefy Natural Gas
US20160377340A1 (en) Liquefaction system using a turboexpander

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

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): RU