RU2135913C1 - Способ ожижения природного газа - Google Patents
Способ ожижения природного газа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2135913C1 RU2135913C1 RU97105737A RU97105737A RU2135913C1 RU 2135913 C1 RU2135913 C1 RU 2135913C1 RU 97105737 A RU97105737 A RU 97105737A RU 97105737 A RU97105737 A RU 97105737A RU 2135913 C1 RU2135913 C1 RU 2135913C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- heat exchanger
- gas
- liquefaction
- natural gas
- vortex tube
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Природный газ высокого давления при температуре 270-300К разделяют на два потока, один из которых (основной) направляют в предварительный теплообменник, а другой - в вихревую трубу. Охлажденный в предварительном теплообменнике основной поток подают в рекуперативный теплообменник, где его температура дополнительно понижается за счет теплообмена с обратным потоком несконденсировавшегося газа, а затем - в дроссель. После дросселирования образовавшуюся жидкую фазу собирают в конденсатосборнике, а газовую после рекуперативного теплообменника объединяют с потоками, выходящими из вихревой трубы. Введение в цикл вихревой трубы увеличивает коэффициент сжижения по сравнению с дроссельным циклом на 28 - 46%. 2 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к криогенной технике, а именно к способу ожижения природного газа.
Для получения сжиженного природного газа широко используются дроссельные ожижительные циклы с различными способами предварительного охлаждения природного газа (ПГ).
Схематически эти процессы можно описать как циклы разомкнутого типа с использованием регенеративных теплообменников, в которых сжатый в компрессоре ПГ охлаждается до низких температур обратным потоком несжиженного газа из отделителя жидкости. После теплообменника холодный поток газа высокого давления дросселируется, жидкая фаза низкого давления выводится из отделителя жидкости, а несжиженный газ низкого давления (близкого к атмосферному) после рекуперации холода в теплообменнике также выводится из установки.
Максимальный коэффициент ожижения достигается в каскадных холодильных схемах, где в качестве внешнего хладагента для охлаждения прямого потока газа используются индивидуальные углеводороды или их смеси. Вследствие применения сложного, дорогостоящего и энергоемкого оборудования такие способы ожижения оказываются экономически выгодными только при организации крупномасштабного производства, измеряемого миллионами т/год. Тот же недостаток (необходимость применения сложного дорогостоящего оборудования) присущ установкам малой и средней производительности, где используются технологические схемы с использованием внутренних циркуляционных холодильных контуров, в основу которых положен принцип изоэнтропийного расширения части потока ожижаемого газа в детандерных агрегатах (цикл Гейландта и его разновидности).
Применительно к объектам, осуществляющим редуцирование уже предварительно сжатого ПГ, подаваемого по магистральным газопроводам - газоредуцирующим станциям и газоредуцирующим пунктам может быть применен наиболее простой процесс ожижения - классический дроссельный цикл. Ожижение в нем основано исключительно на рекуперативной утилизации прямым потоком газа высокого давления холода несконденсировавшейся части ожижаемого потока [1] (прототип). Технологически он заключается в охлаждении газа в рекуперативном теплообменнике, дросселировании и разделении образующейся парожидкостной смеси в конденсатосборнике с выводом паров в рекуперативный теплообменник, а жидкости - потребителю.
Способ обладает рядом достоинств (низкая стоимость, простота реализации, надежность), но характеризуется малым коэффициентом ожижения. Повышение коэффициента ожижения обычно достигается за счет введения в цикл дополнительных источников холодопроизводительности.
Нами предлагается способ ожижения ПГ в дроссельном цикле с использованием внутреннего холодильного контура, в основу которого положен процесс энергоразделения потока ПГ в вихревой трубе (ВТ) [2]. По эксплуатационным и стоимостным характеристикам ВТ намного дешевле, чем детандерные агрегаты и устройства. По сравнению с классическим дроссельным циклом заявляемый способ позволяет существенно повысить коэффициент ожижения ПГ.
Принципиальная схема предлагаемого способа приведена на фиг. 1.
Природный газ высокого давления (точка 2 на схеме), разделяясь на два потока, поступает соответственно в предварительный теплообменник (основная часть) и в вихревую трубу.
Из вихревой трубы холодная составляющая газа (точка 3) противотоком направляется в предварительный теплообменник, а горячая (точка 4) выводится из контура установки и объединяется с холодной составляющей, прошедшей предварительный теплообменник (точка 1).
Охлажденный в предварительном теплообменнике газ высокого давления (точка 6) проходит через рекуперативный теплообменик, где его температура дополнительно понижается (точка 7) за счет теплообмена с обратным потоком несконденсировавшегося (точка 9) после дросселирования (точка 8) газа.
Окончательно остаточный холод обратного потока газа (точка 10) утилизуется в предварительном теплообменнике в результате теплообмена с прямым потоком газа высокого давления.
Параметры выводимой из конденсатосборника жидкости характеризуются точкой (0).
Для подтверждения возможности осуществления изобретения ниже приводится его расчетное обоснование.
Известно [2] , что максимума Qo достигает при относительной доле холодного потока газа (μ), выходящего из ВТ, на уровне 0.55 - 0.6.
С учетом этого обстоятельства, уравнение теплового баланса работы вихревой трубы имеет вид:
i2+Q0= μ*i1+(1-μ)*i4 (1)
где i1 - энтальпия выходного потока из предварительного теплообменника;
i2 - энтальпия входного потока в вихревую трубу (ВТ);
i4 - энтальпия выходного потока из ВТ.
i2+Q0= μ*i1+(1-μ)*i4 (1)
где i1 - энтальпия выходного потока из предварительного теплообменника;
i2 - энтальпия входного потока в вихревую трубу (ВТ);
i4 - энтальпия выходного потока из ВТ.
Формально запись уравнения (1) предполагает подaчу в ВТ 1 кг сжатого газа.
При этом значение Qo может быть рассчитано по соотношению:
Q0= μ*(i2-i3) = μ*ξ (i2-i3s) (2)
где μ - расходный коэффициент;
μ = 0.6 - холодный поток;
(1 - μ) = 0.4 - горячий поток;
ξад - коэффициент приближения к адиабатическому процессу;
i3s - энтальпия газа при постоянной энтропии, полученной при Pвх и Tвх.
Q0= μ*(i2-i3) = μ*ξ
где μ - расходный коэффициент;
μ = 0.6 - холодный поток;
(1 - μ) = 0.4 - горячий поток;
ξад - коэффициент приближения к адиабатическому процессу;
i3s - энтальпия газа при постоянной энтропии, полученной при Pвх и Tвх.
Для большинства вихревых труб (трубы Ранка) значение коэффициента ξад находится в пределах 0.4-0.45.
В дальнейших расчетах будем полагать его равным ξад = 0.45.
При принятых условиях, по уравнению (2) легко рассчитать значение энтальпии газа в точке 3, а по ней определить и температуру газа, выходящего из ВТ - Т3.
i3= i2-ξ (i2-i3s) (3)
Для окончательного определения основных оптимальных величин газовых потоков анализируемой схемы выполним тепловой балансовый расчет работы основного теплообменника.
Для окончательного определения основных оптимальных величин газовых потоков анализируемой схемы выполним тепловой балансовый расчет работы основного теплообменника.
Положим, что в него подается G кг основного потока сжатого газа.
Примем также, что его температура в точке 6 на величину в 5o выше значения температуры холодного газа на выходе из BT - точка 3.
T6=T3 + 5 (4)
По ней легко найти абсолютное значение энтальпии сжатого потока в точке 6 - i6.
По ней легко найти абсолютное значение энтальпии сжатого потока в точке 6 - i6.
Полагая равенство температур в точках T10 и T6, имеем:
где Gж - доля жидкости, образующейся из потока сжатого газа при его дросселировании (идеальный дроссельный цикл).
где Gж - доля жидкости, образующейся из потока сжатого газа при его дросселировании (идеальный дроссельный цикл).
Тогда
Абсолютное значение G найдем, решая уравнение теплового баланса работы предварительного теплообменника, записанного несколько иначе, чем это было рассмотрено ранее (уравнение 1).
Абсолютное значение G найдем, решая уравнение теплового баланса работы предварительного теплообменника, записанного несколько иначе, чем это было рассмотрено ранее (уравнение 1).
G*(i2-i6) = μ*(i1-i3)+(G-Gж)*(i1-i10). (7)
С учетом того обстоятельства, что в вихревую трубу нами условно был направлен 1 кг рабочего газа, общее количество сжатого газа, поступившего в систему ожижения, определяется по уравнению:
ΣG = 1+G. (8)
Тогда общий коэффициент ожижения ПГ в установке может быть рассчитан по соотношению:
Соизмеряя полученное по уравнению (9) значение Кож с величиной Кдр, характеризующий идеальный дроссельный цикл ожижения, можно оценить общую энергетическую эффективность предлагаемого схемного решения процесса сжижения ПГ:
где
На основе уравнения (10) интегральная оценка эффективности предлагаемой схемы ожижения в зависимости от основных технологических параметров газа на входе в установку (входного давления и температуры), иллюстрируется графиком, приведенным на фиг. 2.
С учетом того обстоятельства, что в вихревую трубу нами условно был направлен 1 кг рабочего газа, общее количество сжатого газа, поступившего в систему ожижения, определяется по уравнению:
ΣG = 1+G. (8)
Тогда общий коэффициент ожижения ПГ в установке может быть рассчитан по соотношению:
Соизмеряя полученное по уравнению (9) значение Кож с величиной Кдр, характеризующий идеальный дроссельный цикл ожижения, можно оценить общую энергетическую эффективность предлагаемого схемного решения процесса сжижения ПГ:
где
На основе уравнения (10) интегральная оценка эффективности предлагаемой схемы ожижения в зависимости от основных технологических параметров газа на входе в установку (входного давления и температуры), иллюстрируется графиком, приведенным на фиг. 2.
Из него следует, что в диапазоне входных давлений от 6 до 3 МПа и температур газа от 270 до 300K предлагаемая схема ожижения обеспечивает повышение реального коэффициента ожижения ПГ против идеального дроссельного цикла не менее чем на 28 - 46%.
При этом наибольшая эффективность достигается в случае "повышенных" (290 - 300K) температур газа на входе в установку.
Список литературы
1. Иванцов О.М., Двойрис А.Д. Низкотемпературные газопроводы. М., Недра, 1980, с. 207 - 209
2. Дыскин Л.М. Вихревые термостаты и воздухоосушители. ННГУ, Н.Новгород, 1991.
1. Иванцов О.М., Двойрис А.Д. Низкотемпературные газопроводы. М., Недра, 1980, с. 207 - 209
2. Дыскин Л.М. Вихревые термостаты и воздухоосушители. ННГУ, Н.Новгород, 1991.
Claims (1)
- Способ ожижения природного газа, состоящий в охлаждении газа в рекуперативном теплообменнике не сконденсировавшимся в цикле природным газом, его дросселировании и разделении образующейся парожидкостной смеси в конденсатосборнике, отличающийся тем, что исходный поток природного газа при температуре 270-300К разделяют на две части, одну из которых (основную) сначала подают в предварительный, а затем в рекуперативный теплообменник, а другую - в вихревую трубу, откуда образующийся холодный поток направляют в предварительный теплообменник для дополнительного охлаждения основной части ожижаемого потока природного газа.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97105737A RU2135913C1 (ru) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | Способ ожижения природного газа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU97105737A RU2135913C1 (ru) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | Способ ожижения природного газа |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU97105737A RU97105737A (ru) | 1999-03-27 |
RU2135913C1 true RU2135913C1 (ru) | 1999-08-27 |
Family
ID=20191824
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU97105737A RU2135913C1 (ru) | 1997-04-10 | 1997-04-10 | Способ ожижения природного газа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2135913C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105264316A (zh) * | 2013-04-04 | 2016-01-20 | 诺沃皮尼奥内股份有限公司 | 用于在lng应用中预冷却的整体齿轮式压缩机 |
-
1997
- 1997-04-10 RU RU97105737A patent/RU2135913C1/ru not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Иванцов О.М., Двойрис А.Д. Низкотемпературные газопроводы. - М.; Недра, 1980, с.207-209. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105264316A (zh) * | 2013-04-04 | 2016-01-20 | 诺沃皮尼奥内股份有限公司 | 用于在lng应用中预冷却的整体齿轮式压缩机 |
CN105264316B (zh) * | 2013-04-04 | 2018-06-19 | 诺沃皮尼奥内股份有限公司 | 用于在lng应用中预冷却的整体齿轮式压缩机 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Kanoğlu | Exergy analysis of multistage cascade refrigeration cycle used for natural gas liquefaction | |
US4169361A (en) | Method of and apparatus for the generation of cold | |
JP4741468B2 (ja) | ガス液化用一体型多重ループ冷却方法 | |
KR100356093B1 (ko) | 천연가스의액화방법및장치 | |
TWI547676B (zh) | 集成的預冷混合製冷劑系統和方法 | |
US4274849A (en) | Method and plant for liquefying a gas with low boiling temperature | |
US3817046A (en) | Absorption-multicomponent cascade refrigeration for multi-level cooling of gas mixtures | |
US20020148225A1 (en) | Energy conversion system | |
US3092976A (en) | Refrigeration of one fluid by heat exchange with another | |
SU645618A3 (ru) | Способ охлаждени и конденсации природного газа | |
JP3922751B2 (ja) | 2段階で天然ガスなどの気体混合物を液化する方法および装置 | |
US4442675A (en) | Method for thermodynamic cycle | |
US3233418A (en) | Apparatus for liquefying helium | |
US4850199A (en) | Cryo-refrigeration system | |
Goodarzi et al. | Performance analysis of a modified trans-critical CO2 refrigeration cycle | |
WO2005080892A1 (en) | Liquefying hydrogen | |
US4951474A (en) | Cryo-refrigeration system | |
RU2135913C1 (ru) | Способ ожижения природного газа | |
RU2127855C1 (ru) | Способ ожижения природного газа | |
Alexeev et al. | Mixed gas JT cryocooler with precooling stage | |
Dutta et al. | Improvement potential of Cryogenic Energy Storage systems by process modifications and heat integration | |
Aghagoli et al. | Thermodynamics analysis of a novel transcritical CO2 vortex tube heat pump cycle | |
Ujile et al. | Performance evaluation of refrigeration units in natural gas liquid extraction plant | |
RU2168124C2 (ru) | Способ сжижения природного газа | |
Vizgalov et al. | Calculation and analysis of the characteristics of a Claude cycle with a turboexpander-compressor for natural gas liquefaction |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PD4A | Correction of name of patent owner | ||
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20120723 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130411 |