RU2295678C2 - Способ сжижения природного газа на автогазонаполнительной компрессорной станции - Google Patents
Способ сжижения природного газа на автогазонаполнительной компрессорной станции Download PDFInfo
- Publication number
- RU2295678C2 RU2295678C2 RU2005117308/06A RU2005117308A RU2295678C2 RU 2295678 C2 RU2295678 C2 RU 2295678C2 RU 2005117308/06 A RU2005117308/06 A RU 2005117308/06A RU 2005117308 A RU2005117308 A RU 2005117308A RU 2295678 C2 RU2295678 C2 RU 2295678C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- natural gas
- liquefaction
- motorcar
- cycle
- Prior art date
Links
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
- Filling Or Discharging Of Gas Storage Vessels (AREA)
Abstract
Настоящее изобретение относится к криогенной технике, а именно к технологии сжижения природного газа. Способ сжижения природного газа, преимущественно для автогазонаполнительных компрессорных станций, осуществляют с использованием технологически замкнутого дроссельного рекуперативного цикла с дополнительным внешним охлаждением. Минимальное давление, до которого происходит дросселирование газа в цикле, поддерживается на уровне не менее чем 0,4 МПа, с соблюдением принципа гарантированного обеспечения уровня растворимости диоксида углерода в получаемом сжиженном природном газе при установленном давлении выше величины его максимального содержания в поступающем на сжижение природном газе. Техническим результатом данного изобретения является повышение производительности, надежности и экономичности процесса сжижения природного газа на автогазонаполнительных компрессорных станциях. 1 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к криогенной технике, а именно к технологии сжижения природного газа.
Одним из наиболее широко используемых способов сжижения газа в практике производства криогенных жидкостей является рекуперативный дроссельный цикл высокого давления с предварительным охлаждением рабочего тела [1].
В процессе его реализации исходный газ сжимается до давления 15...20 МПа, осушается, охлаждается внешним теплоносителем и отходящими парами газа низкого давления, не сжижившимися в цикле, дросселируется и разделяется на пар и жидкость, которая затем в качестве товарного продукта выводится потребителю.
На основе дроссельного рекуперативного цикла высокого давления с предварительным охлаждением предложен способ производства сжиженного природного газа на автогазонаполнительной компрессорной станции (газонаполнительной станции для заправки транспортных средств) - прототип [2].
Отличительными особенностями данного способа являются:
1) охлаждение рабочего газа во внешнем фреоновом рефрижераторном контуре;
2) наличие замкнутости цикла сжижения природного газа: несжиженная часть газа низкого давления не отводится, а возвращается в цикл.
3) Холод несжиженной части исходного газа используется для охлаждения прямого потока газа высокого давления в рекуперативных теплообменниках.
Успешно решая задачу адаптации производственных возможностей автогазонаполнительной компрессорной станции для целей производства сжиженного природного газа, предложенный способ имеет существенные технологические недостатки. Среди них:
1) пониженное, не стабильное во времени значение величины коэффициента сжижения газа в цикле;
2) малый ресурс работы установки сжижения до профилактической остановки, связанный с необходимостью ее отогрева для эвакуации из системы кристаллизирующихся примесей, содержащихся в исходном газе (прежде всего диоксид углерода), блокирующих жидкостные магистрали, регулирующую арматуру и дросселирующие устройства;
3) необходимость задействования в процессе сжижения газа дополнительного вспомогательного оборудования (эжектор, подающие жидкостные насосы) для обеспечения замкнутого характера процесса.
Отмеченные недостатки обусловлены выбором авторами величины минимального давления газа в дроссельном цикле сжижения (0,3 МПа) без учета специфических особенностей фазовых равновесий в системе сжижаемый газ (85...98% метан) - примеси (азот, диоксид углерода) и среднестатистических данных по значениям давлений в газовых магистралях, питающих автогазонаполнительные компрессорные станции (0,4...0,6 МПа).
При низких давлениях (менее 0,4 МПа) в замкнутом цикле сжижения происходит интенсивное накопление в газовой фазе азота, присутствующего в исходном газе в качестве примесного компонента. Это связано с тем, что при относительно малых давлениях основная массовая доля этой примеси не переходит в сжиженный природный газ в силу малого значения растворимости, а остается в обратном потоке газа и соответственно поступает на вход установки сжижения. В связи с этим концентрация азота в циркулирующем в установке газе постоянно нарастает. В результате содержание азота в газе, поступающем на сжижение, может увеличиваться по сравнению с его концентрацией в исходном газе в 4...7 раз и более раз.
Следствием отмеченного эффекта является то, что с течением времени наблюдается нарастающее снижение доли образующейся при работе установки жидкости. Повышением же давления получаемого сжиженного природного газа удается резко уменьшить абсолютную величину накопления азота в циркуляционном контуре и свести к минимуму отмеченные негативные последствия этого процесса.
Малое давление газа предопределяет также низкую величину равновесной температуры получаемой жидкости. Экспоненциальная зависимость растворимости диоксида углерода в сжиженном природном газе от температуры, наряду с высоким уровнем обогащения жидкости этим видом примеси (крайне низкое содержание диоксида углерода в парах продукта - миллионные доли процента), создает благоприятные условия для ее выделения в виде твердой кристаллической фазы и последующего отложения в основных регулирующих, дроссельных и запорно-регулирующих элементах установки. Это ведет к их блокировке, что выражается в постоянном росте гидравлических сопротивлений указанных элементов и, в конечном счете, приводит к полному нарушению режимов работы установки в целом.
Проводить процесс сжижения необходимо таким образом, чтобы содержание диоксида углерода в получаемой жидкости было бы не больше величины его растворимости в сжиженном природном газе. При подобной методологии организации процесса исключается возможность выделения твердой фазы в криогенной жидкости, что существенно повышает надежность работы установки сжижения и исключает необходимость создания дорогостоящей системы предварительной очистки сжижаемого газа от диоксида углерода.
Пониженная величина давления отрицательно сказывается и на абсолютном количестве получаемой жидкости, так как при снижении давления уменьшается реальный коэффициент сжижения газа в цикле.
Выбранное авторами низкое минимальное давление газа в установке (меньше, чем давление газа в питающей газовой магистрали) вызывает необходимость введения в ее состав специального оборудования (эжектор, питающие насосы) для обеспечения условия технологической замкнутости реализуемого процесса.
Указанных недостатков лишен предлагаемый для использования преимущественно на автогазонаполнительных компрессорных станциях технологически замкнутый дроссельный рекуперативный способ сжижения природного газа высокого давления с дополнительным внешним охлаждением.
За счет повышения минимальной величины давления в способе до значений не менее чем 0,4 МПа (нижняя граница давления питания газом действующих автогазонаполнительных компрессорных станций) и соблюдении условия гарантированного обеспечения уровня растворимости диоксида углерода в получаемом сжиженном природном газе при установленном давлении выше величины его максимального содержания в поступающем на сжижение природном газе, удается, по сравнению с прототипом, получить следующие положительные эффекты:
1) увеличить не менее чем на 3% выход готовой продукции;
2) исключить возможность выпадения и отложения твердой фазы диоксида углерода в наиболее подверженных этому элементах установки (дроссели, запорная, запорно-регулирующая арматура);
3) отказаться от различного рода побудителей расхода среды в цикле (эжекторы, насосы), обеспечив принцип самотека жидкости и газа при организации технологически замкнутого контура за счет разновысотного расположения аппаратов и учета особенностей гидравлики тракта установки.
Принципиальная схема установки для реализации указанного способа приведена на чертеже.
При реализации способа природный газ из подводящей магистрали 1 поступает в компрессорный блок 2, где сжимается, а затем последовательно охлаждается в трубном пространстве рекуперативного теплообменника 3, теплообменника-испарителя 4 внешней холодильной установки 9 и рекуперативного теплообменника 5 (прямой поток). Затем газ высокого давления дросселируется на редуцирующем устройстве 6, парожидкостная смесь сепарируется и жидкость собирается в приемном накопительном хранилище 7.
По мере необходимости жидкость из накопительного хранилища 7 самотеком выдается в транспортный заправщик 8.
Не сжижившаяся в цикле и испарившаяся при заправке транспортного заправщика 8 часть продукта в виде холодного пара (обратный поток) поступает противотоком, соответственно, в межтрубное пространство рекуперативных теплообменников 4, 3, где отдает свой холод в процессе теплообмена газу прямого потока. После чего обратный поток, смешиваясь с исходным газом из магистрального газопровода 1, подается на вход компрессорного блока 2, обеспечивая тем самым замкнутый характер всего процесса.
Для подтверждения возможности осуществления изобретения ниже приводится его расчетное обоснование.
В качестве примера рассматривается природный газ двух различных составов:
Вариант 1
СН4 - 98.045...98.105% (об.)
С2Н6 - 0.723% (об.)
C3H8 - 0,260% (об.)
i-C4H10 - 0,049% (об.)
n-С4Н10 - 0,051% (об.)
i-C5Н12 - 0,004% (об.)
n-C5H12 - 0,01% (об.)
CO2 - 0,04...0,1% (об.)
N2 - 0,755% (об.)
Вариант 2
СН4 - 87,90...88,00% (об.)
С2Н6 - 3,45% (об.)
С3Н8 - 1,10% (об.)
i-C4H10 - 0,25% (об.)
n-С4Н10 - 0,25% (об.)
i-C5H12 - 0,1% (об.)
n-C5H12 - 0,1% (o6.)
CO2 - 0,2...0,3% (об.)
N2 - 6,50% (об.)
При рассмотрении работы установки сжижения с контуром предварительного охлаждения на основе фреоновой холодильной установки приняты следующие исходные данные:
- Давление СПГ (давление обратного потока)- | 0,3...1,8 МПа |
- Давление после компрессоров | |
(на входе в цикл сжижения) - | 25 МПа |
- Температура газа на выходе теплообменника-испарителя | |
холодильной машины - | -40°С |
Гидравлическое сопротивление всех теплообменников:
- трубного пространства - | 0,05 МПа |
- межтрубного пространства - | 0,03 МПа |
Удельные теплопритоки из окружающей среды - | 3 кДж/кг |
Величина недорекуперации на верхнем конце | |
теплообменника 5 (по схеме на чертеже) - | 3 К |
Результаты проведенных расчетов свидетельствуют о том, что с уменьшением давления сжиженного природного газа с 1,8 МПа до 0,25 МПа происходит заметное падение эффективности цикла сжижения: объем выпуска готовой продукции снижается на ~24% (при исходном содержании азота - 0,75%) и на ~46% (при исходном содержании азота - 6,5%). Причем чем выше содержание азота в исходном газе, тем значительнее падение эффективности, происходящее вследствие явления накопления азота в контуре. При 0,3 МПа оно составило ~8% (при исходном содержании азота - 0,75%) и ~45% (при исходном содержании азота - 6,5%).
При этом, начиная с давления 0,4 МПа и меньше, наблюдается интенсивное падение коэффициента сжижения, связанное как с уменьшением давления сжиженного природного газа, так и с негативным влиянием процесса накопления азота в газовых потоках цикла сжижения.
При давлении сжиженного природного газа, равного 0,3 МПа, значение равновесной концентрации диоксида углерода в жидкости составляет 0,092 об.%, что ниже, чем для всего диапазона изменения содержания диоксида углерода в сжиженном природном газе для 2-го варианта состава (0,2...0,3%), а также для максимальных значений при 1-ом варианте состава газа (0,1%). Это означает, что при давлении 0,3 МПа будет происходить выпадение части диоксида углерода в виде твердой фазы, накопление ее в процессе работы с последующей блокировкой прежде всего редуцирующего устройства, а также трубопроводов и арматуры.
При давлении сжиженного природного газа 0,4 МПа, значение равновесной концентрации равно 0,18 об.%, что обеспечивает полное растворение диоксида углерода для 1-ого состава газа, а также относительное повышение коэффициента сжижения по сравнению с аналогичным показателем при давлении 0,3 МПа не менее чем на 3%.
Для второго варианта состава газа давление, обеспечивающее требуемый уровень растворимости диоксида углерода в сжиженном природном газе, гарантирующий отсутствие возможности появления в жидкости твердой фазы этого вида примеси, составляет 0,58 МПа.
При поддержании давления, до которого происходит дросселирование газа, на уровне не ниже полученного значения обеспечиваются условия надежной работы оборудования (исключается возможность блокировки арматуры и редуцирующего устройства твердой фазой диоксида углерода), а также достигается относительное повышение коэффициента сжижения по сравнению с аналогичным показателем при давлении 0,3 МПа не менее чем на 22%.
Практическая апробация предлагаемого способа в натурных условиях работы действующей автогазонаполнительной компрессорной станции полностью подтвердила заявляемые преимущества предлагаемого способа над прототипом.
Источники информации
1. Справочник по физико-техническим основам криогенной техники, под редакцией М.П.Малкова, М., Издательство Энергия, 1978 г.
2. Патент РФ №2180082.
Claims (1)
- Способ сжижения природного газа, преимущественно для автогазонаполнительных компрессорных станций, с использованием технологически замкнутого дроссельного рекуперативного цикла с дополнительным внешним охлаждением, отличающийся тем, что минимальное давление, до которого происходит дросселирование газа в цикле, поддерживается на уровне не менее 0,4 МПа, с соблюдением принципа гарантированного обеспечения уровня растворимости диоксида углерода в получаемом сжиженном природном газе при установленном давлении выше величины его максимального содержания в поступающем на сжижение природном газе.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005117308/06A RU2295678C2 (ru) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Способ сжижения природного газа на автогазонаполнительной компрессорной станции |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2005117308/06A RU2295678C2 (ru) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Способ сжижения природного газа на автогазонаполнительной компрессорной станции |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2295678C2 true RU2295678C2 (ru) | 2007-03-20 |
Family
ID=37994209
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2005117308/06A RU2295678C2 (ru) | 2005-06-06 | 2005-06-06 | Способ сжижения природного газа на автогазонаполнительной компрессорной станции |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2295678C2 (ru) |
-
2005
- 2005-06-06 RU RU2005117308/06A patent/RU2295678C2/ru not_active IP Right Cessation
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN113776275B (zh) | Lng冷能预冷下的氢气液化方法 | |
US8650906B2 (en) | System and method for recovering and liquefying boil-off gas | |
CN1102213C (zh) | 将加压液态天然气的加压气化气再液化的方法 | |
CN104520660A (zh) | 用于天然气液化的系统和方法 | |
US3932154A (en) | Refrigerant apparatus and process using multicomponent refrigerant | |
US9835373B2 (en) | Integrated cascade process for vaporization and recovery of residual LNG in a floating tank application | |
CN104913592B (zh) | 一种小型天然气的液化工艺 | |
CN104807287A (zh) | 一种小型天然气液化制冷系统及方法 | |
CN210920942U (zh) | 一种低温低压丙烷储罐bog处理及预冷系统 | |
US3257813A (en) | Liquefaction of gases | |
CN104913554A (zh) | 一种混合制冷剂的回收、回注工艺及装置 | |
CN104019626A (zh) | 一种混合冷剂二级制冷制备液化天然气的方法及装置 | |
CN116057342A (zh) | 用于氢气制冷的设施和方法 | |
RU2295678C2 (ru) | Способ сжижения природного газа на автогазонаполнительной компрессорной станции | |
CN107560321A (zh) | Bog回收与氮气液化系统及工艺方法 | |
CN102645084B (zh) | 一种混合冷剂三级制冷制备液化天然气的方法及装置 | |
US20210088276A1 (en) | Method for producing pure nitrogen from a natural gas stream containing nitrogen | |
KR20240032909A (ko) | 수소를 액화하기 위한 설비 및 방법 | |
US3914949A (en) | Method and apparatus for liquefying gases | |
AU2012208462B2 (en) | Installation and method for producing liquid helium | |
KR101853045B1 (ko) | 엔진을 포함하는 선박 | |
CN114543444A (zh) | 一种丙烷脱氢的多元冷剂冷箱分离系统及工艺方法 | |
CN106016967B (zh) | 一种回热式混合工质制冷气体液化循环系统 | |
CN211977383U (zh) | 氦液化及不同温度等级氦气冷源供给装置 | |
CN210425762U (zh) | 合成氨氨压缩系统 |
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: 20130607 |