RU2576410C2 - Способ сжижения природного газа - Google Patents

Способ сжижения природного газа Download PDF

Info

Publication number
RU2576410C2
RU2576410C2 RU2014108021/06A RU2014108021A RU2576410C2 RU 2576410 C2 RU2576410 C2 RU 2576410C2 RU 2014108021/06 A RU2014108021/06 A RU 2014108021/06A RU 2014108021 A RU2014108021 A RU 2014108021A RU 2576410 C2 RU2576410 C2 RU 2576410C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
nitrogen
heat exchanger
natural gas
pressure
compressor
Prior art date
Application number
RU2014108021/06A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2014108021A (ru
Inventor
Рышард Казимирович Рудницки
Максим Андреевич Машканцев
Наталья Владимировна Рыбакова
Original Assignee
Закрытое акционерное общество "Криогаз"
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 Закрытое акционерное общество "Криогаз" filed Critical Закрытое акционерное общество "Криогаз"
Priority to RU2014108021/06A priority Critical patent/RU2576410C2/ru
Publication of RU2014108021A publication Critical patent/RU2014108021A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2576410C2 publication Critical patent/RU2576410C2/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
    • F25J1/0002—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
    • F25J1/0047—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
    • 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
    • F25J1/0203—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 single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle
    • F25J1/0204—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 single-component refrigerant [SCR] fluid in a closed vapor compression cycle as a single flow 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
    • F25J1/0268—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 using a dedicated refrigeration means
    • 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
    • F25J2250/00—Details related to the use of reboiler-condensers
    • F25J2250/02—Bath type boiler-condenser using thermo-siphon effect, e.g. with natural or forced circulation or pool boiling, i.e. core-in-kettle heat exchanger
    • 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

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

Настоящее изобретение относится к криогенной технике, а именно к технике и технологии сжижения природного газа и прежде всего к установкам малой и средней производительности.
Природный газ высокого давления поступает на вход системы осушки 1, где происходит его очистка и осушка. После блока осушки он подается в теплообменный аппарат 2, где охлаждается и сжижается за счет теплообмена с потоком холодного азота низкого давления и затем дросселируется через клапан 3 до давления, при котором происходит его накопление и хранение в криогенном резервуаре 4. В основном контуре охлаждения в качестве хладагента используется азот, который циркулирует в замкнутом контуре, организованном на базе циркуляционного компрессора 5. На детандерную ступень турбодетандер-компрессорного агрегата 7 подается не весь поток охлажденного азота высокого давления. Небольшая часть указанного потока последовательно подвергается дополнительному охлаждению в теплообменнике 2 и дросселированию в клапане 10 для получения жидкой фазы азота, которая подается в теплообменник-испаритель 11, где происходит переохлаждение потока сжиженного природного газа за счет теплообмена с кипящим жидким азотом. Образующиеся при кипении пары азота из теплообменника-испарителя 11 смешиваются с потоком азота низкого давления с выхода детандерной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата 7, и далее объединенный поток поступает в теплообменник 2, а после снова во всасывающую магистраль циркуляционного компрессора 5. 2 з.п. ф-лы, 3 ил., 2 табл.

Description

Настоящее изобретение относится к криогенной технике, а именно к технике и технологии сжижения природного газа и прежде всего для установок малой и средней производительности.
При небольших и средних производительностях установки сжижения используются различные холодильные циклы. В то же время для крупных установок сжижения природного газа применяются каскадные холодильные циклы на чистых или многокомпонентных холодильных агентах.
Независимо от применяемой технологии блоки очистки исходного газа от углекислоты и влаги являются непременным элементом любого завода или установки сжижения природного газа.
Для промышленного производства сжиженного природного газа на установках небольшой и средней производительности применяется способ сжижения природного газа с использованием контура охлаждения, в котором реализуется эффект изоэнтропийного расширения газообразного хладагента. Например, в патенте США US 8250883 В2 предложен способ с контуром охлаждения на базе детандерного цикла с газообразным хладагентом, в качестве которого используется воздух. Цикл может быть как замкнутым, так и открытым.
В процессе его реализации исходный сжатый газ очищается от примесей, охлаждается в рекуперативных теплообменниках, дросселируется, образующаяся парожидкостная смесь разделяется, пары отводятся в рекуперативные теплообменники для утилизации холода и далее направляются в потребительскую газовую сеть низкого давления для использования в качестве топлива, а сжиженный природный газ поступает в хранилище.
Данный способ содержит простые и легко воспроизводимые процессы, установка для его реализации мобильна и может быть передислоцирована на новое место в случае истощения источника природного газа, хладагент вырабатывается на месте эксплуатации, не требуется его подвоз и хранение.
Недостатком данного способа является его недостаточно высокая эффективность, а также повышенная взрывопожарная опасность.
1. Известен также и применяется в промышленности способ сжижения природного газа с использованием двух контуров охлаждения, один из которых обеспечивает предварительное охлаждение исходного газа, а второй - дальнейшее охлаждение и собственно сжижение газа - прототип (патенты США US 6308531 В1 и US RE39637 Е).
В этом способе в контуре предварительного охлаждения холод вырабатывается в дроссельном цикле с применением однокомпонентного (например, пропана) или многокомпонентного хладагента. Окончательное охлаждение потока исходного газа и его сжижение осуществляется при помощи контура основного охлаждения на базе замкнутого азотного детандерного цикла.
Он включает в себя сжатие азота в компрессоре, дополнительное сжатие азота в компрессорной ступени турбодетандерного агрегата, расширение азота в детандерной ступени турбодетандерного агрегата с использованием выделившейся энергии для повышения давления азота в цикле, теплообмен холодного потока азота низкого давления с потоком сжижаемого газа и потоком азота высокого давления, по крайней мере, в одном теплообменном аппарате.
Такое исполнение позволяет повысить эффективность по сравнению с одним простым детандерным циклом охлаждения с газообразным хладагентом, а также обеспечить взрывопожарную безопасность, за счет использования в качестве хладагента основного контура инертного газа.
Вместе с тем данный способ обладает рядом недостатков, которые не позволяют в полной мере использовать преимущества детандерного цикла, используемого в контуре охлаждения, а также обеспечить стабильность производства.
Усложняется схема установки и регулировка процесса сжижения, так как при изменении параметров сжижаемого газа необходимо отдельно регулировать и настраивать каждый контур.
Для реализации данного способа необходима система хранения хладагента или смеси хладагентов для контура предварительного охлаждения с соответствующей системой контроля и поддержания состава и параметров используемого хладагента.
В схеме появляется дополнительный компрессор для сжатия хладагента предварительного контура, и сама схема усложняется, появляются несколько дополнительных теплообменников с соответствующими трубопроводами обвязки и арматурой.
В рассматриваемом способе не достигается полное сжижение природного газа. После отделения криогенной жидкости оставшаяся часть в виде газообразной фазы проходит через теплообменники, нагреваясь за счет теплообмена с потоком азота высокого давления с выхода компрессора основного контура. Далее поток газа дополнительно сжимается и используется в качестве топливного газа для энергетического оборудования. Соответственно требуется дополнительно оборудование в виде сепаратора, дожимного компрессора, усложняется конструкция теплообменников основного контура охлаждения.
Цель предлагаемого изобретения - повышение надежности и управляемости процесса сжижения природного газа при сохранении его эффективности.
Данная цель достигается тем, что на детандерную ступень турбодетандерного агрегата подается только часть потока охлажденного азота высокого давления, вторая же часть указанного потока подвергается дополнительному охлаждению и дросселированию для получения жидкой фазы, которая используется в теплообменнике-испарителе для переохлаждения сжиженного природного газа. В результате обеспечивается 100% сжижение и переохлаждение природного газа без образования паровой фазы.
Предложенное техническое решение позволяет, сохранив эффективность способа с применением двух контуров охлаждения и сжижения газа, добиться простоты и гибкости управления, характерных для схемы с одним контуром.
Установка сжижения для реализации предложенного способа содержит минимальное количество теплообменников и соответственно трубопроводов обвязки, что позволяет снизить металлоемкость оборудования, необходимого для реализации способа, а также площадь, занимаемую установкой сжижения. Упрощение схемы и уменьшение необходимого для реализации предложенного способа оборудования повышает надежность всей системы, а также ее управляемость.
Предложенный способ обладает универсальностью по отношению к параметрам поступающего на сжижение потока газа. Легко настраивается для получения оптимальных параметров процесса и минимальных энергозатрат. Обеспечивает простой и быстрый запуск и остановку установки сжижения на его основе. Позволяет избежать затрат на производство, транспортировку и хранение специальных хладагентов.
Хладагент (например, азот), требуемый для первого заполнения контура основного охлаждения, создания технологического запаса, а также восполнения утечек в контуре в процессе работы предложенного способа, может производиться прямо на месте эксплуатации при помощи мембранной воздухо-разделительной установки, что позволяет отказаться от логистических процедур, связанных с приобретением и доставкой хладагента.
В предложенном техническом решении величина переохлаждения сжиженного природного газа за счет регулировки параметров контура основного охлаждения может быть выбрана таким образом, чтобы обеспечивать условия, при которых проведение технологических операций по сжижению, переливу сжиженного природного газа, с возможными изменениями давления в хранилище, не будут сказываться на работе охлаждающего контура. В результате возрастет надежность и стабильность работы всей системы.
Принципиальная схема установки сжижения для реализации предлагаемого способа приведена на Фиг. 1.
Природный газ высокого давления поступает на вход системы осушки 1, где происходит его очистка и осушка. После блока осушки он подается в многопоточный пластинчато-ребристый теплообменный аппарат 2, где охлаждается и сжижается за счет теплообмена с потоком холодного азота низкого давления и затем дросселируется через клапан 3 до давления, при котором происходит его накопление и хранение в криогенном резервуаре 4. Параметры процесса подобраны таким образом, что после дросселирования природный газ находится в виде переохлажденной криогенной жидкости.
В основном контуре охлаждения в качестве хладагента используется азот, который циркулирует в замкнутом контуре, организованном на базе циркуляционного компрессора 5.
Азотный циркуляционный контур работает следующим образом. Газообразный азот с температурой, близкой к температуре окружающей среды, и абсолютным давлением 0,75-1,0 МПа поступает во всасывающую магистраль циркуляционного компрессора 5, где сжимается и направляется в аппарат воздушного охлаждения 6, в котором сжатый азот охлаждается до температуры, близкой к температуре окружающей среды. Далее азот поступает в компрессорную ступень турбодетандер-компрессорного агрегата 7, где давление азота дополнительно повышается и после снижения температуры за счет теплообмена с воздухом в аппарате воздушного охлаждения 8 подается в теплообменный аппарат 2.
Далее охлажденный до температурного уровня -10…-15°С азот выводится из теплообменника 2 и подается в контур предварительного охлаждения, выполненный на базе стандартной холодильной машины 9 (например, фреоновой). В теплообменнике-испарителе холодильной машины 9 температура азота дополнительно понижается за счет теплообмена с кипящим хладагентом.
Далее поток азота возвращается в теплообменник 2, где охлаждается до температуры, оптимальной для подачи на вход детандерной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата 7. При этом поток охлажденного азота высокого давления разделяется на две части.
Первая из них подается на детандерную ступень турбодетандер-компрессорного агрегата 7, где происходит расширение азота до абсолютного давления (0,75-1,0 МПа) с использованием выделившейся энергии для дополнительного повышения давления азота в компрессорной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата 7.
Вторая часть охлажденного потока азота высокого давления последовательно подвергается дополнительному охлаждению в теплообменнике 2 и дросселированию в клапане 10 для получения жидкой фазы азота. Далее образовавшийся жидкий азот подается в теплообменник-испаритель 11, где происходит переохлаждение отводимого из теплообменника 2 потока сжиженного природного газа за счет теплообмена с кипящей жидким азотом.
Образующиеся при кипении пары азота из теплообменника-испарителя 11 смешиваются с потоком азота низкого давления с выхода детандерной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата 7, и далее объединенный поток поступает на вход нижнего температурного уровня теплообменника 2. Указанный поток за счет противоточного теплообмена с потоком азота высокого давления и потоком природного газа прогревается и с выхода верхнего температурного уровня теплообменника 2 поступает во всасывающую магистраль циркуляционного компрессора 5.
Работа турбодетандер-компрессорного агрегата в установившемся технологическом режиме происходит автоматически в соответствии с заданными алгоритмами.
Таким образом, в предложенном способе обеспечиваются условия для 100% сжижения и переохлаждения природного газа без образования паровой фазы.
При повышении давления сжижаемого газа растет эффективность процесса сжижения. Поэтому, если давление газа на входе в установку невелико, целесообразно использовать дополнительный дожимающий компрессор. С другой стороны, повышение давление газа требует дополнительных энергозатрат. На Фиг. 2 приведен график зависимости удельных энергозатрат на сжижение газа в зависимости от величины его исходного давления.
Затраты на сжижение природного газа также заметно зависят от давления, при котором он образуется. На Фиг. 3 представлен график зависимости удельных энергозатрат на производство сжиженного природного газа в зависимости от величины его давления.
В качестве примера реализации предложенного способа приведем данные, полученные в результате расчетов схемы сжижения, приведенной на Фиг. 1.
Расчеты проводились с использованием программного комплекса HYSYS 3.1., при этом были приняты следующие значения КПД машинного оборудования:
- изотермический КПД циркуляционного компрессора - 0,65;
- изотермический КПД дожимающего компрессора - 0,60;
- холодильный коэффициент холодильной машины - 1,0;
- адиабатный КПД компрессорной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата - 0,7;
- адиабатный КПД адиабатной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата - 0,835.
Расчетные параметры в точках схемы получены в результате оптимизации по следующим параметрам:
- расход циркуляционного азота;
- давления азота на входе и выходе из циркуляционного компрессора;
- температура азота на входе в детандерную ступень ДТК.
При оптимизации учитывались следующие ограничения:
- минимальная разность температур в теплообменнике не должна быть меньше 3 K;
- окружная скорость на внешнем радиусе детандерного колеса турбодетандер-компрессорного агрегата не должна превышать скорость звука.
Целевой функцией при оптимизации параметров схемы была величина удельных энергозатрат на сжижение природного газа.
При расчетах также учтен поток возврата утечек из турбодетандер-компрессорного агрегата 7, который подается с помощью дожимающего компрессора (на схеме не показан) в основной поток азота, поступающий во всасывающую магистраль циркуляционного компрессора 5.
Результаты расчетов приведены в таблицах 1, 2.
Figure 00000001
Figure 00000002
Figure 00000003
В этом примере предложенного способа:
- расчетное переохлаждение сжиженного природного газа составило 2.00 K;
- расчетная величина удельных энергозатрат на сжижение одного килограмма сжиженного природного газа равна 0.764 кВт×ч/кг;
- расчетная холодопроизводительность холодильной машины составила 450 кВт.
Проведенные расчеты удельных энергозатрат для различных величин давления природного газа на входе в установку сжижения представлены в графическом виде на Фиг. 2. В качестве базовой величины (обозначено треугольным маркером) приведены затраты при исходном давлении, равном 2,2 МПа. Из данного графика следует, что для снижения величины удельных энергозатрат на производство сжиженного природного газа давление газа, подаваемого на сжижение, должно повышаться не менее чем до 8,0 МПа.
Было также проведено сравнение предложенного способа сжижения природного газа и способа по схеме без теплообменника-испарителя 11, когда весь поток охлажденного азота высокого давления подается на детандерную ступень турбодетандер-компрессорного агрегата 7. Результаты расчетов для различных величин давления, при котором получается сжиженный природный газ, представлены в графическом виде на Фиг. 3.
Из графика следует, что предложенный способ обеспечивает максимальную эффективность процесса сжижения для всего диапазона давления сжиженного природного газа.
При этом в области низких значений давления (<0,35 МПа) эффективность предложенного способа существенно выше, чем схемы без теплообменника-испарителя 11. Необходимо отметить, что в современных промышленных установках сжиженный природный газ производится и хранится при давлении, попадающем в указанный диапазон.

Claims (3)

1. Способ сжижения природного газа, включающий очистку и осушку исходного потока газа, его охлаждение и сжижение, при помощи контура основного охлаждения на базе замкнутого азотного детандерного цикла, который включает в себя сжатие азота в компрессоре, дополнительное сжатие азота в компрессорной ступени турбодетандерного агрегата, расширение азота в детандерной ступени турбодетандерного агрегата с использованием выделившейся энергии для повышения давления азота, теплообмен холодного потока азота низкого давления с потоком сжижаемого газа и потоком азота высокого давления, по крайней мере, в одном теплообменном аппарате, отличающийся тем, что на детандерную ступень турбодетандерного агрегата подается только часть потока азота высокого давления, вторая же часть указанного потока подвергается дополнительному охлаждению и дросселированию для получения жидкой фазы, которая используется в теплообменнике-испарителе для переохлаждения сжиженного природного газа.
2. Способ сжижения по п. 1, отличающийся тем, что давление сжижаемого газа повышается не менее чем до 8,0 МПа при помощи дополнительного компрессора.
3. Способ сжижения по п. 1, отличающийся тем, что для восполнения утечек азота в контуре основного охлаждения в процессе эксплуатации используется мембранная газоразделительная установка.
RU2014108021/06A 2014-02-28 2014-02-28 Способ сжижения природного газа RU2576410C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014108021/06A RU2576410C2 (ru) 2014-02-28 2014-02-28 Способ сжижения природного газа

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2014108021/06A RU2576410C2 (ru) 2014-02-28 2014-02-28 Способ сжижения природного газа

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2014108021A RU2014108021A (ru) 2015-09-10
RU2576410C2 true RU2576410C2 (ru) 2016-03-10

Family

ID=54073188

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2014108021/06A RU2576410C2 (ru) 2014-02-28 2014-02-28 Способ сжижения природного газа

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2576410C2 (ru)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA035364B1 (ru) * 2016-02-18 2020-06-02 Л'Эр Ликид, Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод Способ избежания мгновенного испарения сжиженного природного газа во время транспортировки
RU2775341C1 (ru) * 2022-02-16 2022-06-29 Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") Способ сжижения природного газа (варианты)

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3735601A (en) * 1971-07-16 1973-05-29 J Stannard Low temperature refrigeration system
US20080202158A1 (en) * 2005-03-14 2008-08-28 Hamworthy Kse Gas Systems As System And Method For Cooling A Bog Stream
CN101413749A (zh) * 2008-11-20 2009-04-22 成都赛普瑞兴科技有限公司 一种单级混合冷剂制冷循环液化天然气的方法及装置
RU2495341C2 (ru) * 2011-12-02 2013-10-10 Производственный кооператив "Научно-производственная фирма "ЭКИП" Установка сжижения природного газа

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3735601A (en) * 1971-07-16 1973-05-29 J Stannard Low temperature refrigeration system
US20080202158A1 (en) * 2005-03-14 2008-08-28 Hamworthy Kse Gas Systems As System And Method For Cooling A Bog Stream
CN101413749A (zh) * 2008-11-20 2009-04-22 成都赛普瑞兴科技有限公司 一种单级混合冷剂制冷循环液化天然气的方法及装置
RU2495341C2 (ru) * 2011-12-02 2013-10-10 Производственный кооператив "Научно-производственная фирма "ЭКИП" Установка сжижения природного газа

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
"Установки для сжижения природного газа на базе детандерных азотных циклов", И. Ф. Кузьменко и др., журнал "Технические газы", номер 2, 2010. *

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EA035364B1 (ru) * 2016-02-18 2020-06-02 Л'Эр Ликид, Сосьете Аноним Пур Л'Этюд Э Л'Эксплуатасьон Де Проседе Жорж Клод Способ избежания мгновенного испарения сжиженного природного газа во время транспортировки
RU2775341C1 (ru) * 2022-02-16 2022-06-29 Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш") Способ сжижения природного газа (варианты)

Also Published As

Publication number Publication date
RU2014108021A (ru) 2015-09-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2752223C2 (ru) Комплексная система охлаждения метана для сжижения природного газа
RU2406949C2 (ru) Способ ожижения природного газа для получения сжиженного природного газа
RU2270408C2 (ru) Способ охлаждения сжиженного газа и установка для осуществления способа
JP4741468B2 (ja) ガス液化用一体型多重ループ冷却方法
CN104520660B (zh) 用于天然气液化的系统和方法
RU2645185C1 (ru) Способ сжижения природного газа по циклу высокого давления с предохлаждением этаном и переохлаждением азотом &#34;арктический каскад&#34; и установка для его осуществления
US9528758B2 (en) Method and system for regulation of cooling capacity of a cooling system based on a gas expansion process
MX2013014870A (es) Proceso para la licuefaccion de gas natural.
RU2386090C2 (ru) Способ сжижения потока, богатого углеводородом
RU2011124891A (ru) Способ и система сжижения
JP7229230B2 (ja) 天然ガス液化装置および天然ガス液化方法
KR20130115164A (ko) 공급물의 물 제거를 수반한 천연 가스 액화
AU2011321145B2 (en) Natural gas liquefaction process
US11624555B2 (en) Method and system for cooling a hydrocarbon stream
RU2016101068A (ru) Единый каскадный процесс испарения и извлечения остатка сжиженного природного газа в применении, связанном с плавучими резервуарами
CA2898745C (en) Process for cooling a hydrocarbon-rich fraction
CN104019626B (zh) 一种混合冷剂二级制冷制备液化天然气的方法及装置
US20190162469A1 (en) Method and system for cooling a hydrocarbon stream
Nezhad et al. Thermodynamic analysis of liquefied natural gas (LNG) production cycle in APCI process
RU2725914C1 (ru) Способ сжижения насыщенной углеводородами фракции
AU2015388393A1 (en) Natural gas production system and method
KR101325586B1 (ko) 천연가스 액화 시스템
RU2576410C2 (ru) Способ сжижения природного газа
US6170290B1 (en) Refrigeration process and plant using a thermal cycle of a fluid having a low boiling point
RU2656068C1 (ru) Способ сжижения природного газа на газораспределительной станции и установка для его осуществления

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20190301