RU2701173C1

RU2701173C1 - Plant for production of liquefied natural gas

Info

Publication number: RU2701173C1
Application number: RU2019106379A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владиславович Курочкин
Original assignee: Андрей Владиславович Курочкин
Priority date: 2019-03-06
Filing date: 2019-03-06
Publication date: 2019-09-25

Abstract

FIELD: cryogenics.

SUBSTANCE: invention relates to cryogenic equipment and can be used for production of liquefied natural gas (LNG) due to use of differential pressure between main and distribution pipelines. Claimed plant for liquefied natural gas production includes gas drying and cleaning units, preliminary and main heat exchangers, separator, first and second expanders and compressor, connected by means of electric and / or kinematic connection, at that on production gas line there are first compressor, first cooler, first section of preliminary heat exchanger, cleaning unit, second section of preliminary heat exchanger, main heat exchanger, first expander and separator equipped with LNG output line and return gas line with main heat exchanger, which is connected to process gas line after second expander, forming low pressure gas line on which preliminary heat exchanger is located, wherein the process gas line has a bypass line on which the refrigerating machine is mounted, and the low pressure gas line is connected to the process gas line by the circulating gas supply line, on which the second compressor and the second cooler are installed.

EFFECT: increased output of LNG due to optimization of heat exchange and provision of its constant due to equipment of installation with refrigerating machine and circulating compressor.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для получения сжиженного природного газа (СПГ) за счет использования перепада давления между магистральным и распределительным трубопроводами.The invention relates to cryogenic technology and can be used to produce liquefied natural gas (LNG) through the use of a pressure differential between the main and distribution pipelines.

Известен способ производства сжиженного природного газа и комплекс для его реализации [RU 2541360, опубл. 10.02.2015 г., МПК F25J 1/00], который включает входную линию природного газа с фильтром-пылеуловителем, счетчиком газа, блоком осушки и фильтром, линию для утилизации тепла с теплообменником и регулятором давления, струйный компрессор, счетчик газа на выходе, блок очистки газа с фильтром, а также предварительный теплообменник, детандер-компрессорный агрегат со вспомогательными системами, основной теплообменник, дроссель, сепаратор и хранилище СПГ с криогенным насосом.A known method for the production of liquefied natural gas and a complex for its implementation [RU 2541360, publ. 02.10.2015, IPC F25J 1/00], which includes a natural gas inlet line with a dust filter, a gas meter, a drying unit and a filter, a heat recovery line with a heat exchanger and a pressure regulator, a jet compressor, an outlet gas meter, a gas purification unit with a filter, as well as a preliminary heat exchanger, an expander-compressor unit with auxiliary systems, a main heat exchanger, a throttle, a separator and an LNG storage with a cryogenic pump.

Недостатками известного комплекса является низкий выход СПГ из-за нерационального расходования энергии редуцирования технологического потока газа.The disadvantages of the known complex is the low LNG yield due to the irrational consumption of energy for reducing the process gas stream.

Наиболее близок к предлагаемому изобретению установка сжижения природного газа и способ ее работы (варианты) [RU 2671665, опубл. 06.11.2018 г., МПК F25J 1/00], в одном из вариантов включающая блоки осушки и очистки газа, теплообменники: предварительный, основной, "сжатый продукционный газ/газ низкого давления" и "очищенный сжатый продукционный газ/редуцированный технологический газ", редуцирующее устройство (первый детандер), второй детандер, компрессор, и сепаратор.Closest to the proposed invention, the installation of liquefaction of natural gas and the method of its operation (options) [RU 2671665, publ. November 6, 2018, IPC F25J 1/00], in one of the options including gas drying and purification units, heat exchangers: preliminary, main, “compressed production gas / low pressure gas” and “purified compressed production gas / reduced process gas” , reducing device (first expander), second expander, compressor, and separator.

Недостатком данной установки является низкий и неравномерный выход СПГ в связи с сезонными колебаниями отбора газа низкого давления, а также из-за несовершенной организации теплообмена.The disadvantage of this installation is the low and uneven output of LNG due to seasonal fluctuations in the selection of low-pressure gas, as well as due to imperfect organization of heat transfer.

Задачей изобретения является увеличение выхода СПГ и обеспечение его постоянства.The objective of the invention is to increase the yield of LNG and ensuring its constancy.

Техническим результатом является увеличение выхода СПГ за счет оптимизации теплообмена и обеспечение его постоянства за счет оснащения установки холодильной машиной и циркуляционным компрессором.The technical result is to increase the output of LNG by optimizing heat transfer and ensuring its constancy by equipping the installation with a refrigeration machine and a circulation compressor.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке, включающей блоки осушки и очистки газа, предварительный и основной теплообменники, сепаратор, первый и второй детандеры и компрессор, соединенные посредством электрической и/или кинематической связи, особенность заключается в том, что на линии продукционного газа последовательно расположены первый компрессор, первый холодильник, первая секция предварительного теплообменника, блок очистки, вторая секция предварительного теплообменника, основной теплообменник, первый детандер и сепаратор, оснащенный линией вывода СПГ и линией обратного газа с основным теплообменником, которая соединена с линией технологического газа после второго детандера, образуя линию газа низкого давления, на которой расположен предварительный теплообменник, при этом на линии технологического газа выполнена байпасная линия, на которой установлена холодильная машина, а линия газа низкого давления соединена с линией технологического газа линией подачи циркуляционного газа на которой установлены второй компрессор и второй холодильник.The specified technical result is achieved by the fact that in the known installation, including gas drying and purification units, preliminary and main heat exchangers, a separator, first and second expanders and a compressor connected by electrical and / or kinematic connection, the feature is that on the production line the first compressor, the first refrigerator, the first section of the preliminary heat exchanger, the purification unit, the second section of the preliminary heat exchanger, the main heat exchanger are arranged in series k, the first expander and separator equipped with an LNG output line and a return gas line with a main heat exchanger, which is connected to the process gas line after the second expander, forming a low pressure gas line on which the preliminary heat exchanger is located, while a bypass line is made on the process gas line on which the refrigeration machine is installed, and the low pressure gas line is connected to the process gas line by the circulation gas supply line on which the second compressor and W swarm refrigerator.

Первый компрессор может быть связан с детандерами как кинематически, так и электрически, посредством электродвигателя, запитанного от электрогенераторов, соединенных с детандерами. Холодильники могут быть выполнены, например, в виде аппаратов водяного или воздушного охлаждения. Блок очистки может включать узлы адсорбционной или абсорбционной очистки от углекислого газа. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.The first compressor can be connected to the expanders both kinematically and electrically, by means of an electric motor powered by electric generators connected to the expanders. Refrigerators can be made, for example, in the form of water or air cooling devices. The cleaning unit may include units for adsorption or absorption treatment for carbon dioxide. As the remaining elements of the installation can be placed any device of the corresponding purpose, known from the prior art.

Предотвращение отложения твердого углекислого газа в линии технологического газа после его редуцирования достигается, например, за счет высокой скорости и/или турбулизации потока газа, а в предварительном теплообменнике - за счет его исполнения в виде многосекционного аппарата с возможностью периодического отключения секций для их прогрева. При адсорбционной очистке газа в качестве продувочного газа может быть использована часть очищенного продукционного газа, а газ регенерации может быть направлен в линию газа низкого давления. При необходимости отгрузки СПГ при более низком давлении, чем давление его хранения, установку дополнительно оснащают узлом отгрузки, включающем редуцирующее устройство, сепаратор и компрессор, соединенный с линией обратного газа после основного теплообменника.Prevention of the deposition of solid carbon dioxide in the process gas line after its reduction is achieved, for example, due to the high speed and / or turbulization of the gas flow, and in the preliminary heat exchanger due to its execution in the form of a multi-section apparatus with the possibility of periodic shutdown of sections for their heating. In gas adsorption purification, part of the purified production gas can be used as purge gas, and the regeneration gas can be directed to the low pressure gas line. If it is necessary to ship LNG at a lower pressure than its storage pressure, the unit is additionally equipped with a shipping unit, including a reducing device, a separator and a compressor connected to the return gas line after the main heat exchanger.

Предложенная схема охлаждения сжатого продукционного газа сначала в холодильнике, а затем в предварительном теплообменнике позволяет увеличить мощность основного теплообменника, работающего при более низких температурах, за счет чего повысить эффективность теплообмена, понизить температуру редуцированного продукционного газа и увеличить выход СПГ. А постоянство выхода СПГ обеспечивает установка холодильной машины на байпасной линии технологического газа для снижения температуры последнего перед редуцированием, и, дополнительно, установка второго компрессора и второго холодильника на линии подачи циркуляционного газа что позволяет увеличить расход технологического газа.The proposed scheme for cooling the compressed production gas first in the refrigerator and then in the preliminary heat exchanger allows increasing the capacity of the main heat exchanger operating at lower temperatures, thereby increasing the heat transfer efficiency, lowering the temperature of the reduced production gas and increasing the LNG yield. A constant output of LNG ensures the installation of a refrigeration machine on the bypass line of the process gas to reduce the temperature of the latter before reduction, and, additionally, the installation of a second compressor and a second refrigerator on the supply line of circulating gas, which allows to increase the consumption of process gas.

Установка включает блоки осушки 1 и очистки 2, предварительный 3 и основной 4 теплообменники, первый 5 и второй 6 холодильник, первый 7 и 8 второй детандеры, первый 9 и второй 10 компрессоры, сепаратор 11 и холодильная машина 12. Пунктиром показано оборудование узла отгрузки: редуцирующее устройство 13, сепаратор 14 и компрессор 15.The installation includes drying and cleaning units 2, preliminary 3 and main 4 heat exchangers, the first 5 and second 6 refrigerators, the first 7 and 8 second expanders, the first 9 and second 10 compressors, the separator 11 and the refrigeration machine 12. The dotted line shows the equipment of the shipment unit: reducing device 13, the separator 14 and the compressor 15.

В работе установки может быть три режима эксплуатации: зимний, весенне-осенний и летний. При работе установки (фиг.1) в зимнем режиме, при максимальном отборе газа низкого давления, краны 16-19 закрыты, а кран 20 открыт, природный газ высокого давления, поступающий по линии 21, осушают в блоке 1 и разделяют на продукционный газ и технологический газ, который направляют по линии 22 в детандер 8, после редуцирования смешивают с обратным газом, подаваемой по линии 23, а полученный газ низкого давления нагревают в теплообменнике 3 и выводят по линии 24. Продукционный газ, подаваемый по линии 25, сжимают компрессором 9, охлаждают в холодильнике 5 и первой секции теплообменника 3, очищают от углекислоты в блоке 2, затем охлаждают во второй секции теплообменника 3 и в теплообменнике 4, редуцируют с помощью детандера 7 и разделяют в сепараторе 11 на СПГ, выводимый по линии 26, и обратный газ, который по линии 23 подают в линию 22 после нагрева в теплообменнике 4. Пунктиром показана подача продувочного газа в блок 2 по линии 27 из линии 24, подача газа регенерации из блока 2 по линии 28 в линию 23, а также снижение давления СПГ путем редуцирования с помощью устройства 13, и разделения в сепараторе 14 на СПГ низкого давления, выводимый по линии 29, и газ сепарации, который сжимают компрессором 15 и подают по линии 30 в линию 23. Соединение детандеров 7 и 8 с компрессором 9 показано штрих-пунктиром.There can be three operating modes in the installation: winter, spring-autumn and summer. When the installation (Fig. 1) is in winter mode, at the maximum low-pressure gas extraction, taps 16-19 are closed and the valve 20 is open, high-pressure natural gas coming through line 21 is drained in block 1 and separated into production gas and the process gas, which is sent via line 22 to the expander 8, after reduction is mixed with the return gas supplied via line 23, and the resulting low-pressure gas is heated in the heat exchanger 3 and removed via line 24. The production gas supplied through line 25 is compressed by the compressor 9 cooled in refrigerator 5 and the first section of the heat exchanger 3, is cleaned of carbon dioxide in the block 2, then cooled in the second section of the heat exchanger 3 and in the heat exchanger 4, reduced with the help of the expander 7 and separated in the separator 11 on the LNG output via line 26, and the return gas, which is through line 23 fed to line 22 after heating in the heat exchanger 4. The dotted line shows the supply of purge gas to block 2 on line 27 from line 24, the supply of regeneration gas from block 2 on line 28 to line 23, as well as the reduction of LNG pressure by means of a device 13, and separation in the separator 14 on LNG n viscous pressure outputted along line 29, and separation gas which is compressed by the compressor 15 and fed through line 30 into line 23. A compound expanders 7 and 8 of the compressor 9 shown in broken lines.

При работе в весенне-осеннем режиме, когда отбор газа низкого давления снижается, при закрытом кране 20 и открытых кранах 16 и 17 технологический газ по байпасу пропускают через холодильную машину 12 для снижения температуры и поддержания выхода СПГ. В летнем режиме, при значительном снижении отбора газа низкого давления снижается, дополнительно открывают краны 18 и 19 и рециркулируют часть газа низкого давления из линии 24 в линию 22 с помощью компрессора 10 и холодильника 6.When operating in the spring-autumn mode, when the low-pressure gas extraction is reduced, when the valve 20 is closed and the valves 16 and 17 are open, the process gas is bypassed through the refrigeration machine 12 to lower the temperature and maintain the LNG output. In summer mode, with a significant decrease in low-pressure gas withdrawal, it decreases, valves 18 and 19 are additionally opened and part of the low-pressure gas is recirculated from line 24 to line 22 using compressor 10 and a refrigerator 6.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет увеличить выход СПГ, обеспечивает его постоянство при сезонных изменениях отбора газа низкого давления и может быть использована в промышленности.Thus, the proposed installation allows you to increase the output of LNG, ensures its constancy with seasonal changes in the selection of low pressure gas and can be used in industry.

Claims

Installation for the production of liquefied natural gas, including gas drying and purification units, preliminary and main heat exchangers, a separator, first and second expanders and a compressor connected by electrical and / or kinematic connection, characterized in that the first compressor is arranged in series on the production gas line, the first refrigerator, the first section of the preliminary heat exchanger, the cleaning unit, the second section of the preliminary heat exchanger, the main heat exchanger, the first expander and separator, equipped the LNG outlet line and the return gas line with the main heat exchanger, which is connected to the process gas line after the second expander, forming a low pressure gas line on which the preliminary heat exchanger is located, while the bypass line is installed on the process gas line, on which the refrigeration machine is installed, and the low pressure gas line is connected to the process gas line by a circulation gas supply line on which a second compressor and a second refrigerator are mounted.