RU2538192C1 - Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления - Google Patents

Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления Download PDF

Info

Publication number
RU2538192C1
RU2538192C1 RU2013149401/06A RU2013149401A RU2538192C1 RU 2538192 C1 RU2538192 C1 RU 2538192C1 RU 2013149401/06 A RU2013149401/06 A RU 2013149401/06A RU 2013149401 A RU2013149401 A RU 2013149401A RU 2538192 C1 RU2538192 C1 RU 2538192C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
heat exchanger
gas
mixed refrigerant
nitrogen
liquefaction
Prior art date
Application number
RU2013149401/06A
Other languages
English (en)
Inventor
Анатолий Владимирович Мамаев
Сергей Алексеевич Сиротин
Дмитрий Петрович Копша
Андрей Петрович Бахметьев
Айрат Вильсурович Ишмурзин
Юрий Владимирович Лебедев
Денис Вячеславович Новиков
Игорь Павлович Афанасьев
Виталий Александрович Ходаковский
Original Assignee
Открытое акционерное общество "Газпром"
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 Открытое акционерное общество "Газпром" filed Critical Открытое акционерное общество "Газпром"
Priority to RU2013149401/06A priority Critical patent/RU2538192C1/ru
Priority to JP2015562962A priority patent/JP6093457B2/ja
Priority to PCT/RU2013/001177 priority patent/WO2015069138A2/en
Priority to CN201380070522.2A priority patent/CN105102913B/zh
Application granted granted Critical
Publication of RU2538192C1 publication Critical patent/RU2538192C1/ru

Links

Images

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
    • 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
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0291—Refrigerant compression by combined gas compression and liquid pumping
    • 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"
    • F25J1/0042—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
    • F25J1/003—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
    • F25J1/0047—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 an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/005—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 an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by expansion of a gaseous refrigerant stream 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
    • F25J1/0047—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 an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0052—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 an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream
    • F25J1/0055—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 an "external" refrigerant stream in a closed vapor compression cycle by vaporising a liquid refrigerant stream originating from an incorporated cascade
    • 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
    • F25J1/0211—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 a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0214—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 a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle
    • F25J1/0215—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 a multi-component refrigerant [MCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a dual level refrigeration cascade with at least one MCR cycle with one SCR 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
    • 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
    • F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
    • F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
    • F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
    • F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
    • 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
    • F25J1/0279—Compression of refrigerant or internal recycle fluid, e.g. kind of compressor, accumulator, suction drum etc.
    • F25J1/0285—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings
    • F25J1/0288—Combination of different types of drivers mechanically coupled to the same refrigerant compressor, possibly split on multiple compressor casings using work extraction by mechanical coupling of compression and expansion of the refrigerant, so-called companders
    • 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
    • F25J2220/60—Separating impurities from natural gas, e.g. mercury, cyclic hydrocarbons
    • F25J2220/64—Separating heavy hydrocarbons, e.g. NGL, LPG, C4+ hydrocarbons or heavy condensates in general

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)
  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

Способ сжижения газа, заключающийся в том, что предварительно очищенный и осушенный природный газ охлаждают и конденсируют в теплообменнике предварительного охлаждения, затем сепарируют, отделяя жидкую этановую фракцию, которую направляют на фракционирование, а газовый поток с первого сепаратора последовательно охлаждают в теплообменнике сжижения, используя смешанный хладагент, переохлаждают газообразным азотом в теплообменнике переохлаждения, давление переохлажденного СПГ снижают в жидкостном детандере, и переохлажденный СПГ направляют на сепарирование, после чего сжижаемый газ направляют в емкость хранения СПГ, отсепарированный газ направляют в систему топливного газа. Установка для сжижения газа содержит теплообменник предварительного охлаждения, пять сепараторов, два дросселя, теплообменник сжижения, три компрессора, предназначенных для сжатия смешанного хладагента, пять воздушных охладителей, два насоса, жидкостный детандер, теплообменник переохлаждения, турбодетандерный агрегат, включающий детандер и компрессор, два компрессора азотного цикла. Технический результат, достигаемый группой изобретений, заключается в снижении энергетических затрат, необходимых для выполнения процесса сжижения газа. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Группа изобретений относится к области сжижения газов и их смесей и может быть использована при переработке природного газа.
Из уровня техники известен способ сжижения газа на шельфе или побережье арктических морей (патент России №2344359, кл. F25J 1/00, опубл. 20.01.2009). Способ реализуется на установке, состоящей из двух контуров: контура очистки газа от примесей, выделения из него тяжелых углеводородов, азота и сжижения природного газа и контура циркуляции хладагента, в котором поток хладагента после сжатия и охлаждения разделяют в узле деления на два потока в соотношениях от 1:19 до 1:33. Больший поток хладагента направляют на охлаждение в теплообменник, а меньший - через дроссельный вентиль в куб отпарной колонны, затем оба потока хладагента, после выравнивания давлений в них, смешивают. Недостаток известного способа состоит в том, что он обладает высокими энергетическими затратами.
Наиболее близкими техническими решениями, принятыми заявителем в качестве прототипа, являются способ сжижения газа и установка для его осуществления (патент России №2344360, кл. F25J 1/00, опубл. 20.01.2009). Известный способ реализуется на установке, состоящей из двух контуров: контура очистки газа от примесей, выделения из него тяжелых углеводородов, азота и сжижения природного газа и контура циркуляции хладагента, в котором поток хладагента после сжатия и охлаждения разделяют в узле деления на два потока в соотношениях от 1:19 до 1:33. Больший поток хладагента направляют на охлаждение в теплообменник, а меньший - через дроссельный вентиль в куб отпарной колонны, затем оба потока хладагента, после выравнивания давлений в них, смешивают. Установка для сжижения природного газа включает контур очистки газа от примесей, выделения из него тяжелых углеводородов и азота и сжижения природного газа, а также контур циркуляции хладагента. Узел деления сжижаемого газа выполнен с двумя выходами, к которым подключены первая и вторая линии сжижаемого газа, которые объединяются в узле смешения потоков сжижаемого газа. Первая линия сжижаемого газа проходит через первый теплообменник, а вторая линия сжижаемого газа - через второй теплообменник. Обе линии содержат вентили и измерители давления, обеспечивающие выравнивание давлений сжижаемого газа в первой и второй линиях перед их объединением в узле смешения потоков сжижаемого газа, выход которого соединен с первым сепаратором, верхняя часть которого соединена с отпарной колонной третьей линией сжижаемого газа, проходящей через первый теплообменник. Верхняя часть отпарной колонны соединена трубопроводом со вторым теплообменником, а нижняя часть отпарной колонны соединена четвертой линией сжижаемого газа, проходящей через теплообменник-переохладитель. Контур циркуляции хладагента включает узел деления сжатого хладагента с двумя выходами, к которым подключены первая и вторая линии хладагента, объединяющиеся в первом узле смешения потоков хладагента. Первая линия хладагента проходит через третий теплообменник, а вторая линия - через третий дроссельный вентиль и куб отпарной колонны. Обе линии содержат вентили и измерители давления, обеспечивающие выравнивание давлений хладагента в первой и второй линиях перед их объединением в первом узле смешения потоков хладагента. Использование известных способа и установки приводит к высоким энергетическим затратам.
Технический результат, достигаемый группой изобретений, заключается в снижении энергетических затрат, необходимых для выполнения процесса сжижения газа.
Технологическая схема сжижения природного газа представлена на чертеже.
Сущность способа сжижения газа заключается в том, что предварительно очищенный и осушенный природный газ охлаждают и конденсируют в теплообменнике предварительного охлаждения до температуры минус 52-54°С, затем сепарируют, отделяя жидкую этановую фракцию, которую направляют на фракционирование, а газовый поток с первого сепаратора последовательно охлаждают в теплообменнике сжижения до температуры минус 120-125°С, переохлаждают газообразным азотом в теплообменнике переохлаждения до температуры минус 150-160°С. Давление переохлажденного сжиженного природного газа (СПГ) снижают в жидкостном детандере до 0,11-0,13 МПа. Переохлажденный СПГ направляют на сепарирование, после чего сжижаемый газ направляют в емкость хранения СПГ. Отсепарированный газ направляют в систему топливного газа, смешанный хладагент, состоящий из азота, метана, этана, пропана, бутана и пентана из теплообменника предварительного охлаждения компримируют до давления от 3,0 до 3,1 МПа, охлаждая до температуры 26-30°С, и разделяют в сепараторах на потоки тяжелого жидкого хладагента и легкого газообразного смешанного хладагента. Причем потоки тяжелого жидкого хладагента подают насосами для смешения с тяжелым жидким хладагентом из последнего сепаратора, потоки тяжелого жидкого смешанного хладагента и легкого газообразного смешанного хладагента направляют для охлаждения до температуры минус 52-54°С за счет подачи обратного смешанного потока низкого давления тяжелого и легкого смешанного хладагента. Затем тяжелый жидкий смешанный хладагент переохлаждают в теплообменнике предварительного охлаждения, дросселируют до давления 0,25-0,27 МПа и подают вместе с легким смешанным хладагентом, направленным из теплообменника сжижения, для охлаждения трубных потоков теплообменника предварительного охлаждения. Легкий смешанный хладагент конденсируют и последовательно переохлаждают в теплообменнике предварительного охлаждения и теплообменнике сжижения. Переохлажденный сжиженный легкий смешанный хладагент, полученный на выходе теплообменника сжижения, направляют на дросселирование до давления 0,25-0,27 МПа и далее на охлаждение его трубных потоков. Газообразный азот низкого давления из теплообменника азотного цикла последовательно компримируют в компрессоре турбодетандера до давления 1,2-1,4 МПа и в компрессорах азотного цикла до давления 3,5-3,7 МПа, охлаждают в воздушных охладителях до температуры 26-30°С, и в теплообменнике азотного цикла до температуры минус 107-109°С за счет обратного потока азотного хладагента низкого давления, затем азот расширяют до давления 0,8-1,0 МПа и направляют для переохлаждения потока СПГ в теплообменник переохлаждения, затем рекуперативно нагревают в теплообменнике азотного цикла до температуры 22-24°С потоком азота высокого давления и возвращают на всас компрессора турбодетандерного агрегата.
Сущность установки для осуществления способа сжижения газа заключается в том, что она содержит теплообменник предварительного охлаждения, пять сепараторов, два дросселя, теплообменник сжижения, три компрессора, предназначенных для сжатия смешанного хладагента, пять воздушных охладителей, два насоса, жидкостный детандер, теплообменник переохлаждения, турбодетандерный агрегат, включающий детандер и компрессор, два компрессора азотного цикла. В установке вход теплообменника предварительного охлаждения предназначен для подачи природного газа. Первый выход теплообменника предварительного охлаждения соединен с входом первого сепаратора, выход газового потока которого соединен с первым входом теплообменника сжижения, первый выход которого соединен с входом теплообменника переохлаждения, первый выход которого соединен через жидкостной детандер с входом второго сепаратора, выход отсепарированного газа которого предназначен для передачи в систему топливного газа. Выход сжиженного газа второго сепаратора соединен с емкостью хранения сжиженного природного газа (СПГ), выход жидкой этановой фракции первого сепаратора соединен с входом блока фракционирования. Выход смешанного хладагента теплообменника предварительного охлаждения соединен с входом первого компрессора, выход которого соединен с входом воздушного охладителя, последовательно соединенного с входом сепаратора, предназначенного для разделения на потоки тяжелого жидкого хладагента и легкого газообразного смешанного хладагента. Упомянутые первый компрессор, воздушный охладитель и сепаратор образуют первую ступень, по крайней мере, трехступенчатого компрессора, все ступени которого идентичны. Выход легкого газообразного смешанного хладагента сепаратора i-й ступени (где i=1,2) соединен с входом компрессора (i+1)-й ступени трехступенчатого компрессора, выход легкого газообразного смешанного хладагента сепаратора последней ступени соединен со вторым входом теплообменника предварительного охлаждения. Выходы потоков тяжелого жидкого хладагента сепараторов первой и второй ступени через первый и второй насосы соответственно объединены с выходом потока тяжелого жидкого хладагента сепаратора третьей ступени для подачи на третий вход теплообменника предварительного охлаждения. Второй выход теплообменника предварительного охлаждения соединен со вторым входом теплообменника сжижения, второй выход которого через второй дроссель соединен с входом теплообменника сжижения, предназначенным для охлаждения его трубных потоков. Третий выход теплообменника предварительного охлаждения через первый дроссель объединен с третьим выходом теплообменника сжижения для подачи в межтрубное пространство теплообменника предварительного охлаждения для охлаждения его трубных потоков. Второй выход теплообменника переохлаждения соединен с входом теплообменника азотного цикла, первым и вторым выходами соединенного с входами соответственно детандера и компрессора турбодетандерного агрегата, выходы которых соединены с входами передачи холода потоку СПГ теплообменника переохлаждения и второго компрессора азотного цикла соответственно, выход последнего из которых соединен с последовательно соединенными пятым воздушным охладителем, первым компрессором азотного цикла и четвертым воздушным охладителем, выход которого предназначен для подачи потока азота высокого давления на другой вход теплообменника азотного цикла.
Установка сжижения природного газа, на которой реализуется способ сжижения природного газа, включает в себя два контура:
- контур смешанного хладагента;
- контур азотного хладагента.
В состав установки, предназначенной для осуществления способа сжижения природного газа, входят следующие элементы и блоки:
- теплообменник предварительного охлаждения - 1;
- с первого по пятый сепараторы - 2, 20, 8, 11, 14;
- первый и второй дроссели - 3, 5;
- теплообменник сжижения - 4;
- с первого по третий компрессоры - 6, 9, 12, предназначенные для сжатия смешанного хладагента;
- с первого по пятый воздушные охладители - 7, 10, 13, 23, 25;
- первый и второй насосы - 15, 16;
- жидкостной детандер 19;
- теплообменник переохлаждения - 17;
- теплообменник азотного цикла - 18;
- турбодетандерный агрегат, включающий детандер 21 и компрессор - 22;
- два компрессора азотного цикла - 24, 26;
- блок фракционирования - 27;
- емкость хранения СПГ - 28.
Предварительно очищенный и осушенный природный газ подают на сжижение и затем охлаждают за счет холода смешанного хладагента в теплообменнике предварительного охлаждения 1 до температуры минус 52-54°С. Двухфазный поток проходит через первый сепаратор 2, где происходит отделение этановой фракции, после чего жидкость из первого сепаратора направляют на фракционирование. Газовый поток направляют в теплообменник сжижения 4 и охлаждают до температуры минус 120-125°С.
Далее сжиженный природный газ (СПГ) переохлаждают в теплообменнике переохлаждения 17 азотом до температуры минус 150-160°С.
Давление переохлажденного СПГ, выходящего из теплообменника переохлаждения 17, снижают в жидкостном детандере 19 до 0,11-0,13 МПа. СПГ низкого давления поступает в сепаратор 20, и затем его направляют в емкость хранения СПГ.
Применение жидкостного детандера 19 позволяет сэкономить количество энергии, затрачиваемой на процесс сжижения, за счет использования энергии расширения сжиженного газа.
Контур смешанного хладагента
Смешанный хладагент состоит из азота, метана, этана, пропана, бутана и пентана.
Смешанный хладагент компримируют в компрессорах 6, 9, 12 до давления 3,0-3,1 МПа. Между ступенями сжатия его охлаждают в воздушных охладителях (7, 10, 13) до температуры 26-30°С. Двухфазные потоки подают в сепараторы 8, 11, 14 смешанного хладагента для разделения на поток «тяжелого жидкого смешанного хладагента» и поток «легкого газообразного смешанного хладагента». При этом потоки «тяжелого жидкого смешанного хладагента» из сепараторов 8 и 11 подают насосами 15, 16 для смешения с жидкостью из сепаратора 14. Состав и количество «тяжелого жидкого смешанного хладагента» по ступеням зависит от состава смешанного хладагента, который выбирают таким образом, чтобы обеспечить наименьшие затраты при сжижении природного газа в зависимости от температуры окружающей среды.
Потоки тяжелого и легкого смешанного хладагента охлаждают в теплообменнике 1 до температуры минус 52-54°С за счет обратного потока тяжелого и легкого смешанного хладагента низкого давления.
Тяжелый смешанный хладагент переохлаждают в теплообменнике 1 и дросселируют на дросселе 3 до давления 0,25-0,27 МПа в межтрубное пространство теплообменника 1, куда поступает также легкий смешанный хладагент из теплообменника сжижения 4 для охлаждения трубных потоков теплообменника 1.
Легкий смешанный хладагент конденсируют и переохлаждают в теплообменниках 1 и 4. Затем переохлажденный сжиженный легкий смешанный хладагент дросселируют на дросселе 5 до давления 0,25-0,27 МПа в межтрубное пространство теплообменника сжижения 4 и охлаждают трубные потоки теплообменника сжижения 4.
Потоки тяжелого и легкого смешанного хладагента низкого давления объединяют и возвращают в межтрубное пространство теплообменника 1 для охлаждения его трубных потоков.
Смешанный хладагент низкого давления выходит из теплообменника 1 в виде пара с температурой 20-25°С, который направляют для прохождения нового цикла циркуляции хладагента.
Смешанный хладагент используют для охлаждения потока газа до температуры минус 120-125°С.
Контур азотного хладагента
Газообразный азот низкого давления компримируют в компрессоре 22 турбодетандерного агрегата с приводом от детандера 21 до давления 1,2-1,4 МПа и в компрессорах азотного цикла 24, 26, до давления 3,5-3,7 МПа, охлаждают в воздушных охладителях 23, 25 до температуры 26-30°С и в теплообменнике азотного цикла 18 до температуры минус 107-109°С за счет обратного потока азотного цикла низкого давления.
Далее азот расширяют в детандере 21 до давления 0,8-1,0 МПа, и он отдает свой холод потоку СПГ в теплообменнике переохлаждения 17, затем рекуперативно нагревают в теплообменнике азотного цикла 18 до температуры 22-24°С потоком азота высокого давления и возвращают на всас компрессора 22.
Снижение энергетических показателей, затрачиваемых на процесс сжижения газа, достигается за счет использования смешанного хладагента на стадии предварительного охлаждения и сжижения и азотного цикла на стадии переохлаждения.

Claims (2)

1. Способ сжижения газа, заключающийся в том, что предварительно очищенный и осушенный природный газ охлаждают и конденсируют в теплообменнике предварительного охлаждения до температуры минус 52-54°C, затем сепарируют, отделяя жидкую этановую фракцию, которую направляют на фракционирование, а газовый поток с первого сепаратора последовательно охлаждают в теплообменнике сжижения до температуры минус 120-125°C, переохлаждают газообразным азотом в теплообменнике переохлаждения до температуры минус 150-160°C, давление переохлажденного сжиженного природного газа (СПГ) снижают в жидкостном детандере до 0,11-0,13 МПа, и переохлажденный СПГ направляют на сепарирование, после чего сжижаемый газ направляют в емкость хранения СПГ, отсепарированный газ направляют в систему топливного газа, смешанный хладагент, состоящий из азота, метана, этана, пропана, бутана и пентана, из теплообменника предварительного охлаждения компримируют до давления от 3,0 до 3,1 МПа, охлаждая до температуры 26-30°C и разделяют в сепараторах на потоки тяжелого жидкого хладагента и легкого газообразного смешанного хладагента, причем потоки тяжелого жидкого хладагента подают насосами для смешения с тяжелым жидким хладагентом из последнего сепаратора, потоки тяжелого жидкого смешанного хладагента и легкого газообразного смешанного хладагента направляют для охлаждения до температуры минус 52-54°C за счет подачи обратного смешанного потока низкого давления тяжелого и легкого смешанного хладагента, затем тяжелый жидкий смешанный хладагент переохлаждают в теплообменнике предварительного охлаждения, дросселируют до давления 0,25-0,27 МПа и подают вместе с легким смешанным хладагентом, направленным из теплообменника сжижения, для охлаждения трубных потоков теплообменника предварительного охлаждения, легкий смешанный хладагент конденсируют и последовательно переохлаждают в теплообменнике предварительного охлаждения и теплообменнике сжижения, переохлажденный сжиженный легкий смешанный хладагент, полученный на выходе теплообменника сжижения, направляют на дросселирование до давления 0,25-0,27 МПа и далее на охлаждение его трубных потоков, газообразный азот низкого давления из теплообменника азотного цикла последовательно компримируют в компрессоре турбодетандера до давления 1,2-1,4 МПа и в компрессорах азотного цикла до давления 3,5-3,7 МПа, охлаждают в воздушных охладителях до температуры 26-30°C, и в теплообменнике азотного цикла до температуры минус 107-109°C за счет обратного потока азотного хладагента низкого давления, затем азот расширяют до давления 0,8-1,0 МПа и направляют для переохлаждения потока СПГ в теплообменник переохлаждения, затем рекуперативно нагревают в теплообменнике азотного цикла до температуры 22-24°C потоком азота высокого давления и возвращают на всас компрессора турбодетандерного агрегата.
2. Установка для осуществления способа по п.1, характеризующаяся тем, что она содержит теплообменник предварительного охлаждения, пять сепараторов, два дросселя, теплообменник сжижения, три компрессора, предназначенных для сжатия смешанного хладагента, пять воздушных охладителей, два насоса, жидкостный детандер, теплообменник переохлаждения, турбодетандерный агрегат, включающий детандер и компрессор, два компрессора азотного цикла, вход теплообменника предварительного охлаждения предназначен для подачи природного газа, первый выход которого соединен с входом первого сепаратора, выход газового потока которого соединен с первым входом теплообменника сжижения, первый выход которого соединен с входом теплообменника переохлаждения, первый выход которого соединен через жидкостный детандер с входом второго сепаратора, выход отсепарированного газа которого предназначен для передачи в систему топливного газа, а выход сжиженного газа второго сепаратора соединен с емкостью хранения сжиженного природного газа (СПГ), выход жидкой этановой фракции первого сепаратора соединен с входом блока фракционирования, выход смешанного хладагента теплообменника предварительного охлаждения соединен с входом первого компрессора, выход которого соединен с входом воздушного охладителя, последовательно соединенного с входом сепаратора, предназначенного для разделения на потоки тяжелого жидкого хладагента и легкого газообразного смешанного хладагента, причем упомянутые первый компрессор, воздушный охладитель и сепаратор образуют первую ступень, по крайней мере, трехступенчатого компрессора, все ступени которого идентичны, при этом выход легкого газообразного смешанного хладагента сепаратора i-й ступени (где i=1, 2) соединен с входом компрессора (i+1)-й ступени трехступенчатого компрессора, выход легкого газообразного смешанного хладагента сепаратора последней ступени соединен со вторым входом теплообменника предварительного охлаждения, выходы потоков тяжелого жидкого хладагента сепараторов первой и второй ступени через первый и второй насосы соответственно объединены с выходом потока тяжелого жидкого хладагента сепаратора третьей ступени для подачи на третий вход теплообменника предварительного охлаждения, второй выход которого соединен со вторым входом теплообменника сжижения, второй выход которого через второй дроссель соединен с входом теплообменника сжижения, предназначенным для охлаждения его трубных потоков, третий выход теплообменника предварительного охлаждения через первый дроссель объединен с третьим выходом теплообменника сжижения для подачи в межтрубное пространство теплообменника предварительного охлаждения для охлаждения его трубных потоков, второй выход теплообменника переохлаждения соединен с входом теплообменника азотного цикла, первым и вторым выходами соединенного с входами соответственно детандера и компрессора турбодетандерного агрегата, выходы которых соединены с входами передачи холода потоку СПГ теплообменника переохлаждения и второго компрессора азотного цикла соответственно, выход последнего из которых соединен с последовательно соединенными пятым воздушным охладителем, первым компрессором азотного цикла и четвертым воздушным охладителем, выход которого предназначен для подачи потока азота высокого давления на другой вход теплообменника азотного цикла.
RU2013149401/06A 2013-11-07 2013-11-07 Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления RU2538192C1 (ru)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013149401/06A RU2538192C1 (ru) 2013-11-07 2013-11-07 Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления
JP2015562962A JP6093457B2 (ja) 2013-11-07 2013-12-27 天然ガス液化方法とその装置
PCT/RU2013/001177 WO2015069138A2 (en) 2013-11-07 2013-12-27 Natural gas liquefaction method and unit
CN201380070522.2A CN105102913B (zh) 2013-11-07 2013-12-27 天然气液化方法和装置

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013149401/06A RU2538192C1 (ru) 2013-11-07 2013-11-07 Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2538192C1 true RU2538192C1 (ru) 2015-01-10

Family

ID=50877640

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013149401/06A RU2538192C1 (ru) 2013-11-07 2013-11-07 Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления

Country Status (4)

Country Link
JP (1) JP6093457B2 (ru)
CN (1) CN105102913B (ru)
RU (1) RU2538192C1 (ru)
WO (1) WO2015069138A2 (ru)

Cited By (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2623021C1 (ru) * 2016-09-16 2017-06-21 Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") Способ ожижения природного газа
CN107228525A (zh) * 2016-03-25 2017-10-03 王建基 油田天然气混合冷剂制冷天然气液化工艺技术和稳定混合烃回收工艺技术
RU2645185C1 (ru) * 2017-03-16 2018-02-16 Публичное акционерное общество "НОВАТЭК" Способ сжижения природного газа по циклу высокого давления с предохлаждением этаном и переохлаждением азотом "арктический каскад" и установка для его осуществления
RU2656068C1 (ru) * 2017-07-06 2018-06-01 Юрий Васильевич Белоусов Способ сжижения природного газа на газораспределительной станции и установка для его осуществления
RU2705130C2 (ru) * 2015-03-05 2019-11-05 Линде Акциенгезельшафт Способ сжижения богатой углеводородами фракции
RU2749405C2 (ru) * 2017-09-28 2021-06-09 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Улучшенный способ охлаждения смешанным хладагентом при переменном давлении
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
RU2780915C1 (ru) * 2022-05-06 2022-10-04 Общество с ограниченной ответственностью "КРИОИНЖИНИРИНГ" (ООО "КРИОИНЖИНИРИНГ") Способ производства сжиженного природного газа и установка для его осуществления (варианты)
WO2024107081A1 (ru) * 2022-11-18 2024-05-23 Публичное акционерное общество "НОВАТЭК" Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления
WO2024123208A1 (en) * 2022-12-07 2024-06-13 Gasanova Olesya Igorevna Natural gas liquefaction method
WO2024147746A1 (en) * 2023-01-08 2024-07-11 Mnushkin Igor Anatolevich Natural gas liquefaction method

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3045798A1 (fr) * 2015-12-17 2017-06-23 Engie Procede hybride de liquefaction d'un gaz combustible et installation pour sa mise en œuvre
CN106500459B (zh) * 2016-10-28 2019-07-30 宁夏凯添燃气发展股份有限公司 一种应用于天然气深冷液化领域的混合制冷工艺
CN106839648A (zh) * 2017-02-24 2017-06-13 杨皓 一种乙烯装置火炬气回收工艺
GB2624852A (en) * 2022-11-22 2024-06-05 Equinor Energy As Hydrocarbon pressure control

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2137066C1 (ru) * 1994-04-05 1999-09-10 Би-Эйч-Пи-Петролиум ПТИ, Лтд. Способ сжижения природного газа и устройство для его осуществления
RU2344360C1 (ru) * 2007-07-04 2009-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-ВНИИГАЗ" Способ сжижения газа и установка для его осуществления
RU2395765C2 (ru) * 2005-02-17 2010-07-27 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Установка и способ для сжижения природного газа

Family Cites Families (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4404008A (en) * 1982-02-18 1983-09-13 Air Products And Chemicals, Inc. Combined cascade and multicomponent refrigeration method with refrigerant intercooling
FR2725503B1 (fr) * 1994-10-05 1996-12-27 Inst Francais Du Petrole Procede et installation de liquefaction du gaz naturel
NO962776A (no) * 1996-07-01 1997-12-08 Statoil Asa Fremgangsmåte og anlegg for flytendegjøring/kondisjonering av en komprimert gass/hydrokarbonstrøm utvunnet fra en petroleumforekomst
RU2344359C1 (ru) 2007-07-04 2009-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-ВНИИГАЗ" Способ сжижения газа на шельфе или побережье арктических морей
CN201532077U (zh) * 2009-11-17 2010-07-21 华中科技大学 基于低温液体制冷的天然气液化装置
JP5660845B2 (ja) * 2010-10-13 2015-01-28 三菱重工業株式会社 液化方法、液化装置およびこれを備える浮体式液化ガス製造設備

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2137066C1 (ru) * 1994-04-05 1999-09-10 Би-Эйч-Пи-Петролиум ПТИ, Лтд. Способ сжижения природного газа и устройство для его осуществления
RU2395765C2 (ru) * 2005-02-17 2010-07-27 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Установка и способ для сжижения природного газа
RU2344360C1 (ru) * 2007-07-04 2009-01-20 Общество с ограниченной ответственностью "Научно-исследовательский институт природных газов и газовых технологий-ВНИИГАЗ" Способ сжижения газа и установка для его осуществления

Cited By (17)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2705130C2 (ru) * 2015-03-05 2019-11-05 Линде Акциенгезельшафт Способ сжижения богатой углеводородами фракции
CN107228525A (zh) * 2016-03-25 2017-10-03 王建基 油田天然气混合冷剂制冷天然气液化工艺技术和稳定混合烃回收工艺技术
RU2623021C1 (ru) * 2016-09-16 2017-06-21 Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") Способ ожижения природного газа
US11774173B2 (en) 2017-03-16 2023-10-03 Publichnoe Aktsionernoe Obshchestvo “NOVATEK” Arctic cascade method for natural gas liquefaction in a high-pressure cycle with pre-cooling by ethane and sub-cooling by nitrogen, and a plant for its implementation
RU2645185C1 (ru) * 2017-03-16 2018-02-16 Публичное акционерное общество "НОВАТЭК" Способ сжижения природного газа по циклу высокого давления с предохлаждением этаном и переохлаждением азотом "арктический каскад" и установка для его осуществления
WO2018169437A1 (ru) * 2017-03-16 2018-09-20 Публичное акционерное общество "НОВАТЭК" Установка и способ сжижения природного газа
US11566840B2 (en) 2017-03-16 2023-01-31 Publichnoe Aktsionernoe Obshchestvo “NOVATEK” Arctic cascade method for natural gas liquefaction in a high-pressure cycle with pre-cooling by ethane and sub-cooling by nitrogen, and a plant for its implementation
RU2656068C1 (ru) * 2017-07-06 2018-06-01 Юрий Васильевич Белоусов Способ сжижения природного газа на газораспределительной станции и установка для его осуществления
RU2749405C2 (ru) * 2017-09-28 2021-06-09 Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. Улучшенный способ охлаждения смешанным хладагентом при переменном давлении
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
RU2780915C1 (ru) * 2022-05-06 2022-10-04 Общество с ограниченной ответственностью "КРИОИНЖИНИРИНГ" (ООО "КРИОИНЖИНИРИНГ") Способ производства сжиженного природного газа и установка для его осуществления (варианты)
RU2792387C1 (ru) * 2022-11-18 2023-03-21 Публичное акционерное общество "НОВАТЭК" Способ сжижения природного газа "арктический каскад модифицированный" и установка для его осуществления
WO2024107081A1 (ru) * 2022-11-18 2024-05-23 Публичное акционерное общество "НОВАТЭК" Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления
RU2803363C1 (ru) * 2022-12-07 2023-09-12 Олеся Игоревна Гасанова Способ сжижения природного газа
WO2024123208A1 (en) * 2022-12-07 2024-06-13 Gasanova Olesya Igorevna Natural gas liquefaction method
RU2800204C1 (ru) * 2023-01-08 2023-07-19 Игорь Анатольевич Мнушкин Способ сжижения природного газа
WO2024147746A1 (en) * 2023-01-08 2024-07-11 Mnushkin Igor Anatolevich Natural gas liquefaction method

Also Published As

Publication number Publication date
JP6093457B2 (ja) 2017-03-08
JP2016512595A (ja) 2016-04-28
WO2015069138A2 (en) 2015-05-14
CN105102913A (zh) 2015-11-25
CN105102913B (zh) 2017-04-05
WO2015069138A3 (en) 2015-08-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2538192C1 (ru) Способ сжижения природного газа и установка для его осуществления
CA2618576C (en) Natural gas liquefaction process for lng
CA3053323C (en) Pre-cooling of natural gas by high pressure compression and expansion
JP5725856B2 (ja) 天然ガス液化プロセス
US6751985B2 (en) Process for producing a pressurized liquefied gas product by cooling and expansion of a gas stream in the supercritical state
CA2864482C (en) Method and system for liquefying natural gas using single mixed refrigerant and refrigeration medium
US6378330B1 (en) Process for making pressurized liquefied natural gas from pressured natural gas using expansion cooling
CA2856096C (en) System and method for liquefying natural gas using single mixed refrigerant as refrigeration medium
MX2013014870A (es) Proceso para la licuefaccion de gas natural.
WO2015110779A2 (en) Lng production process
US9841229B2 (en) Process for cooling a hydrocarbon-rich fraction
CN103398545A (zh) 一种原料气多级压力节流的生产液化天然气的系统
RU2656068C1 (ru) Способ сжижения природного газа на газораспределительной станции и установка для его осуществления
RU2740112C1 (ru) Способ сжижения природного газа "Полярная звезда" и установка для его осуществления
RU2309342C1 (ru) Способ ожижения водорода с гелиевым холодильным циклом и устройство для его осуществления
NO20240806A1 (en) Single mixed refrigerant lng production process
CN116592575A (zh) 一种基于氮气膨胀和节流制冷的天然气bog直接再液化系统及方法