RU2738514C1 - Natural gas liquefaction method and device for implementation thereof - Google Patents
Natural gas liquefaction method and device for implementation thereof Download PDFInfo
- Publication number
- RU2738514C1 RU2738514C1 RU2020110960A RU2020110960A RU2738514C1 RU 2738514 C1 RU2738514 C1 RU 2738514C1 RU 2020110960 A RU2020110960 A RU 2020110960A RU 2020110960 A RU2020110960 A RU 2020110960A RU 2738514 C1 RU2738514 C1 RU 2738514C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- baffle
- branch pipe
- cryostat
- heat exchanger
- Prior art date
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
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технологии низкотемпературного сжижения высоконапорного природного газа и других углеводородных газов, например попутных нефтяных газов, находящихся под давлением и может использоваться в установках ГФУ и газораспределительных станциях (ГРС), в производствах и хранении сжиженных природных и других низкомолекулярных нефтехимических газов.The invention relates to a technology for low-temperature liquefaction of high-pressure natural gas and other hydrocarbon gases, for example, associated petroleum gases under pressure and can be used in HFC units and gas distribution stations (GDS), in the production and storage of liquefied natural and other low molecular weight petrochemical gases.
Способ сжижения природного газа или других газов, находящихся под давлением, осуществляется с использованием процессов ступенчатого дросселирования и вихревого эффекта, центробежной сепарации газожидкостных смесей и рекуперации теплообмена холодного и горячего потоков, с достижением криогенных температур сжижения метановой фракции природного газа.The method of liquefying natural gas or other gases under pressure is carried out using the processes of step throttling and vortex effect, centrifugal separation of gas-liquid mixtures and recuperation of heat exchange of cold and hot streams, with the achievement of cryogenic temperatures for liquefaction of the methane fraction of natural gas.
Известен дроссельный рекуперативный способ сжижения природного газа, находящегося под давлением (патент 2158400, F25J 1/00, 2000 - [1]), который включает разделение исходного газа на два потока, причем первый поток пропускают через вихревую трубу при отношении массового расхода μ=0,4-0,7, а второй поток нерасширившегося потока газа подают на сжижение по трубам рекуперативного теплообменника, где его охлаждают до температуры, определяемым отношением: Т1/Т0=0,6-0,95, при этом, только одна часть газа поступает через фильтр в трубы рекуперативного теплообменника на сжижение, а другая часть через узел разделения поступает в вихревую трубу.Known throttle recuperative method for liquefying natural gas under pressure (patent 2158400,
Устройство для сжижения природного газа содержит линии подвода и отвода газа, узел разделения газа на два потока, вихревую трубу, теплообменник, дроссель, расположенный между накопительной емкостью и теплообменником.The device for liquefying natural gas contains lines for supplying and discharging gas, a gas dividing unit into two streams, a vortex tube, a heat exchanger, a throttle located between the storage tank and the heat exchanger.
С помощью этого устройства способ сжижения осуществляют таким образом, чтобы отношение давлений на входе в теплообменник и в сборнике конденсата состаляло диапазон 1,2-5,0, отношение массового расхода охлажденного газа на выходе из вихревой трубы и общего газа, поступающего в вихревую трубу, было равно 0,4-0,7. В теплообменнике газ охлаждается до температуры, определяемой отношением 0,6-0,95. Использование изобретения позволяет утилизировать холод, образующийся при редуцировании природного газа на ГРС с одновременным безкомпрессорным получением сжиженного газа. Данный способ имеет следующие недостатки:Using this device, the liquefaction method is carried out in such a way that the ratio of the pressures at the inlet to the heat exchanger and in the condensate collector is in the range 1.2-5.0, the ratio of the mass flow rate of the cooled gas at the outlet from the vortex tube and the total gas entering the vortex tube, was equal to 0.4-0.7. In the heat exchanger, the gas is cooled down to a temperature determined by the ratio 0.6-0.95. EFFECT: use of the invention makes it possible to utilize the cold formed during the reduction of natural gas at the gas distribution station with simultaneous production of liquefied gas without a compressor. This method has the following disadvantages:
- энергетическому разделению подвергается только часть потока, поступающая в вихревую трубу, а не весь поток; - к тому же, эта часть потока не подвергается очистке, а это недопустимо для нормальной работе вихревой трубы;- only part of the flow entering the vortex tube is subjected to energy separation, and not the entire flow; - in addition, this part of the flow is not cleaned, and this is unacceptable for the normal operation of the vortex tube;
- к тому же, эта часть потока не подвергается очистке, а это недопустимо для нормальной работе вихревой трубы;- in addition, this part of the flow is not cleaned, and this is unacceptable for the normal operation of the vortex tube;
- это может привести к забивке диафрагмы кристаллообразующимися примесями, т.к. работает при сверхзвуковых скоростях, при максимальных перепадах давлений.- this can lead to clogging of the diaphragm by crystal-forming impurities, because works at supersonic speeds, at maximum pressure drops.
Прототипом способа предполагаемого изобретения принят способ-установка сжижения (патент 2103620, F25B 9/02, 1998 - [2]). Техническим результатом данного изобретения является реализация независимого расширения разделенных потоков вихревых охладителей (типа вихревой трубы).The prototype of the method of the proposed invention is a liquefaction plant method (patent 2103620, F25B 9/02, 1998 - [2]). The technical result of this invention is the implementation of an independent expansion of separated flows of vortex coolers (vortex tube type).
Для этого, криостат делится на две зоны объема, верхнюю и нижнюю, в верхней зоне, размещены разветвленный коллектор подвода газа высокого давления, выполняющий функцию теплообменника и вихревые охладители. Отводы газа низкого давления сообщены с зоной низкого давления теплообменника, а отводы жидкости из вихревых охладителей, размещенных в верхней зоне, соединены с нижней зоной криостата дросселем.For this, the cryostat is divided into two zones of volume, upper and lower, in the upper zone, a branched high-pressure gas supply manifold is located, which serves as a heat exchanger and vortex coolers. Low-pressure gas outlets are connected to the low-pressure zone of the heat exchanger, and liquid outlets from vortex coolers located in the upper zone are connected to the lower zone of the cryostat by a throttle.
Для снижения давления расширения в нижней зоне криостата до оптимального значения, происходит выравнивание давления, за счет дроссельного отверстия в перегородке, в результате чего обеспечивается сепарация парожидкостной от жидкости, в результате пар поступает в верхнюю зону, а жидкость накапливается в нижней части криостата и поступает потребителю сжиженного газа.To reduce the expansion pressure in the lower zone of the cryostat to the optimal value, the pressure is equalized due to the throttling hole in the partition, as a result of which the separation of the vapor-liquid from the liquid is ensured, as a result, the vapor enters the upper zone, and the liquid accumulates in the lower part of the cryostat and enters the consumer liquefied gas.
Несмотря на достигнутые цели, данный способ-установка имеет следующие недостатки:Despite the goals achieved, this installation method has the following disadvantages:
- ступенчатое охлаждение исходного потока природного газа осуществляется по протяженному участку, включающему пространство размещения трубчатого теплообменника по периферии корпуса, между защитным кожухом и внутренней обечайкой корпуса криостата. Это усложняет конструкцию криостата и его изготовление;- stepwise cooling of the initial natural gas flow is carried out along an extended section, including the space for placing a tubular heat exchanger along the periphery of the housing, between the protective casing and the inner shell of the cryostat housing. This complicates the design of the cryostat and its manufacture;
- приводимые доводы о том, что, благодаря дросселирования газа из трубчатого теплообменника, позволит снизить толщину корпуса криостата - неправильно, поскольку, давление будет понижаться в трубчатом теплообменнике, а не в корпусе криостата;- the arguments that, due to throttling of gas from the tubular heat exchanger, will reduce the thickness of the cryostat body is incorrect, since the pressure will decrease in the tubular heat exchanger, and not in the cryostat body;
- усложненное исполнение соединений переходов от кольцевого коллектора к элементам вихревых охладителей теплообменника в нижней зоне криостата, причем, особую сложность вызывает изготовление и монтаж сопловых вводов к элементам коллектора;- complicated design of the connections of the transitions from the annular collector to the elements of the vortex coolers of the heat exchanger in the lower zone of the cryostat, moreover, the manufacture and installation of nozzle inlets to the collector elements causes particular difficulty;
В связи с этим, указанные недостатки аналога и прототипа является задачей, которую надо решить, для исключения указанных недостатков в предполагаемом изобретении - способа сжижения природного газа.In this regard, the indicated disadvantages of the analogue and the prototype is a task that must be solved in order to eliminate the indicated disadvantages in the proposed invention - a method for liquefying natural gas.
Сущность заявляемого способа сжижения природного газа и устройства для его осуществления представлено на фигуре 1, включающей следующие позиции:The essence of the proposed method for liquefying natural gas and a device for its implementation is presented in figure 1, which includes the following positions:
Блоки:Blocks:
блок А - сборник сжиженного природного газа;block A - collection of liquefied natural gas;
блок В - секция центробежной сепарационной очистки исходного газа от конденсата и примесей;block B - section of centrifugal separation purification of source gas from condensate and impurities;
блок С - секция рекуперативного теплообмена холодного потока вихревого охладителя и исходного газа;block C - section for recuperative heat exchange of the cold flow of the vortex cooler and the source gas;
блок G - секция охлаждения сжиженным газом горячего (охлажденного) конца вихревого охладителя;block G - section for cooling with liquefied gas of the hot (cooled) end of the vortex cooler;
блок Е - секция сепарации и регулирования горячего (охлажденного) потока газа.block E - section for separation and regulation of hot (cooled) gas flow.
Технологические потоки: I - исходный поток высоконапорного природного газа; II - выход отсепарированного конденсата и примесей; III - выход отсепарированных углеводородных фр. С2+; IV - выход низконапорного газа; V - выход сжиженного природного газа.Technological streams: I - initial high-pressure natural gas stream; II - outlet of separated condensate and impurities; III - the output of the separated hydrocarbon fr. C 2 +; IV - low-pressure gas outlet; V is the output of liquefied natural gas.
На фигуре 1 изображен схематический разрез устройства для реализации заявляемого способа, включающего следующие позиции: 1 - корпус емкости-криостата; 2 - патрубок тангенциального ввода; 3 - выходное отверстие патрубка 2 во внутреннее пространство циклона; 4 - центральный патрубок циклона; 5 - нижний конус циклона; 6 - верхний конус циклона; 7 - втулка верхнего конуса циклона; 8 - конический отбойник центрального патрубка циклона; 9 - пространство для выхода отсепарированного газа из циклона; 10 - горизонтальная перегородка между блоками В и С; 11 - патрубок с коническим концом, соединяющий полое пространство 9 и вход в трубное пространство 13 теплообменного блока; 12 - теплообменный блок; 13 - теплообменные элементы - трубы теплообменного блока; 14 - трубка, соединяющая выход газа из трубного пространства теплообменного блока с входом в вихревую камеру; 15 - вихревая камера охладителя; 16 - горизонтальная перегородка между блоками С и G; 17 - дроссельная трубка; 18 - горячий конец вихревого охладителя; 19 - сжиженный газ (хладагент) горячего конца охладителя; 20 - горизонтальная перегородка между блоками G и Е; 21 - отбойник горячего конца; 22 - конический сетчатый отбойник (демистер); 23 - полое пространство над сетчатым отбойником; 24 - патрубок выхода газа низкого давления; 25 - вентиль - клапан точной регулировки; 26 - патрубок вывода отсепарированных фр. С2+; 27 - патрубок вывода отсепарированного конденсата и примесей; 28 - горизонтальная перегородка между блокам А и В; 29 - патрубок выхода сжиженного газа; 30 - труба для слива сжиженного газа из межтрубного пространства теплообменного блока 12; 31 - сжиженный природный газ; 32 - консольная опора установки емкости-криостата; 33 - теплоизоляция экранно-вакуумная; 34 - насыпная теплоизоляция (перлитная крошка);Figure 1 shows a schematic section of a device for implementing the proposed method, including the following items: 1 - the body of the cryostat container; 2 - tangential input branch pipe; 3 - outlet of
Технический результат способа сжижения природного газа заключается в следующем:The technical result of the natural gas liquefaction method is as follows:
Исходный поток природного газа I поступает в емкости-криостата 1, посредством патрубка 2 (3) тангенциального входа в циклонный сепаратор, состоящего из элементов 4, 5, 6, 7 и 8 (назначение элементов подробно описано выше), с помощью которого осуществляется сепарация газожидкостного потока природного газа от конденсата и примесей (блок А и В).The initial flow of natural gas I enters the
В результате действия центробежных сил, конденсат и примеси накапливаются в периферийной области циклона, а затем выводятся посредством зазора между кромкой нижнего конуса циклона 5 и внутренней стенкой емкости-криостата 1 и накапливаются в сборнике - сверху горизонтальной перегородки 28, а затем выводятся посредством патрубка 27 за пределы емкости (блок В).As a result of the action of centrifugal forces, condensate and impurities accumulate in the peripheral area of the cyclone, and then are removed through the gap between the edge of the lower cone of the
Отсепарированный в циклоне газ, поступает в верхний кольцевой зазор между втулкой верхнего конуса 6 и центрального патрубка 4 конического отбойника центрального патрубка циклона 8 и выходит в полое пространство 9, а затем поступает в патрубок 11 теплообменного блока 12 (блок В и С).The gas separated in the cyclone enters the upper annular gap between the bushing of the
В результате рекуперации «тепла», холодного потока, поступающего в межтрубное пространство рекуперативного теплообменника, охлажденный в трубном пространстве 13 поток газа поступает, посредством соединительной трубки 14 на вход камеры вихревого охладителя 15, установленной снизу горизонтальной перегородки 16 (блок С и G).As a result of the recuperation of "heat", the cold flow entering the annular space of the recuperative heat exchanger, the gas stream cooled in the
Охлаждение основной части (порядка 2/3 высоты) горячего конца, размещенной в блоке G, осуществляется, холодным потоком, дросселируемым из межтрубного пространства теплообменного блока 12 посредством дроссельной трубки 17 в сборник, размещенный над горизонтальной перегородке 16.Cooling of the main part (about 2/3 of the height) of the hot end, located in block G, is carried out by a cold flow throttled from the annular space of the
Выходящий горячий поток из горячего конца 18 вихревого охладителя подвергают сепарации от тяжелых углеводородов фр. С2+ с помощью отбойного патрубка 21, установленного соосно на конце горячего конца.The outgoing hot stream from the
Процесс сепарации тяжелых фракций углеводородов осуществляется из вращающегося вихревого горячего потока, происходящего внутри горячего конца охладителя. В результате процесса центробежной сепарации, при которой наиболее тяжелые фракции концентрируются в периферийной зоне и выносятся, поступая в кольцевую щель отбойного патрубка 21 и далее, накапливаются на поверхности горизонтальной перегородки 20, а затем выводятся посредством патрубка 26 за пределы емкости.The process of separation of heavy hydrocarbon fractions is carried out from a rotating vortex hot flow occurring inside the hot end of the cooler. As a result of the centrifugal separation process, in which the heaviest fractions are concentrated in the peripheral zone and carried away, entering the annular slot of the
Горячий поток газа, выходящий через центральное отверстие в отбойном патрубке 21, затем поступает на конический сетчатый отбойник 22, с помощью которого газ сепарируется от остаточной влаги в виде сконденсированных капель конденсата. Отделенный конденсат стекает по периферии внутренней обечайки емкости на горизонтальную перегородку 20, а затем выводится посредством патрубка 26 за пределы емкости.The hot gas flow, leaving through the central hole in the
Отсепарированный газ низкого давления после сетчатого конического отбойника 22 выводится посредством патрубка, размещенного в верхней части емкости. Расход газа регулируется вентилем-клапаном точной регулировки 25, установленный на патрубке 24.The separated low pressure gas after the mesh
емкости. Расход газа регулируется вентилем-клапаном точной регулировки 25, установленный на патрубке 24.capacity. The gas flow is regulated by a
Для сохранения низких температур и нормального режима технологических процессов, осуществляемых в емкости-криостате, на корпусе размещена тепловая изоляция.To maintain low temperatures and normal mode of technological processes carried out in the cryostat tank, thermal insulation is placed on the body.
В качестве теплоизоляции использовано две герметичные рубашки, в которых размещена тепловая изоляция: в первой, примыкающая к корпусу емкости-криостата использована экранно-вакуумная 33, а в наружной рубашке размещена насыпная - перлитная крошка. Причем, первая рубашка охватывает весь корпус емкости-криостата, а вторая рубашка охватывает основную нижнюю часть корпуса до верхней границы (до уровня блока G).As thermal insulation, two sealed jackets are used, in which thermal insulation is placed: in the first one, adjacent to the cryostat vessel body, a screen-
Таким образом, по сравнению с известными способами, предлагаемый способ обладает следующими существенными преимуществами:Thus, in comparison with the known methods, the proposed method has the following significant advantages:
- способ включает оптимальную и технологически обоснованную последовательность технологических процессов, для достижения конечной цели сжижения природного газа;- the method includes an optimal and technologically sound sequence of technological processes to achieve the ultimate goal of natural gas liquefaction;
- обоснование принятой последовательности, начиная от подготовки и очистки исходного потока газа до конечной цели сжижения газа диктуется тем, что именно на начальной стадии необходимо очистить исходный поток газа от ненужного балласта. При этом, выбран процесс наиболее эффективный, с минимальными энергетическими потерями давления.- the rationale for the adopted sequence, starting from the preparation and purification of the initial gas flow to the final goal of gas liquefaction, is dictated by the fact that it is at the initial stage that it is necessary to clean the initial gas flow from unnecessary ballast. At the same time, the most effective process was chosen, with minimal energy pressure losses.
Сепарационный процесс является противоточным, т.к. разделяемые потоки очищаемого газа и балласта расходятся в противоположных направлениях, что характерно для процесса центробежной сепарации в циклоне;The separation process is countercurrent, because the separated streams of the purified gas and ballast diverge in opposite directions, which is typical for the process of centrifugal separation in a cyclone;
- все проводимые технологические процессы от подготовки газа, рекуперации теплообменных процессов ступенчатой сепарации до конечного процесса сжижения и получения конечных продуктов осуществляются в одном секционном аппарате емкости- криостате с эффективной теплоизоляцией корпуса, что позволяют оптимизировать процесс сжижения.- all ongoing technological processes from gas preparation, recuperation of heat exchange processes of staged separation to the final process of liquefaction and obtaining final products are carried out in one sectional apparatus of a cryostat vessel with effective thermal insulation of the body, which allows to optimize the liquefaction process.
Аналогом устройства для реализации предлагаемого способа сжижения природного газа является способ (патент RU 21500959, F25J 1/00, 2012 - [3]).An analogue of a device for implementing the proposed method for liquefying natural gas is a method (patent RU 21500959, F25J 1/00, 2012 - [3]).
В данном изобретении вихревая труба размещена в трехсекционной емкости-сепараторе, разделенной горизонтальными перегородками. Вихревая труба размещена вертикально, причем в нижней секции размещен холодный конец трубы, в средней секции размещен горячий конец трубы, охлаждаемый холодным потоком, поступающим тангенциально из нижней секции после рекуперации теплоты при охлаждении исходного потока на входе в вихревую трубы в нижней секции. Из горячего потока сепарируется жидкая фаза, которая смешивается с поступающей жидкой фазой холодного потока и с отсепарированной остаточной жидкой фазой, выделенной в верхней секции емкости-сепаратора.In this invention, the vortex tube is placed in a three-section separator tank, separated by horizontal baffles. The vortex tube is placed vertically, and the cold end of the tube is located in the lower section, the hot end of the tube is located in the middle section, cooled by the cold flow coming tangentially from the lower section after heat recovery when the initial flow is cooled at the entrance to the vortex tube in the lower section. A liquid phase is separated from the hot stream, which is mixed with the incoming liquid phase of the cold stream and with the separated residual liquid phase separated in the upper section of the separator vessel.
Несмотря на заявленные технические цели, изобретение имеет следующие недостатки:Despite the claimed technical objectives, the invention has the following disadvantages:
- предварительное охлаждение исходного газа осуществляется в выносном рекуперативном теплообменнике, поэтому процесс теплообмен осуществляется вне емкости- сепаратора, что приведет к теплопотерям, а следовательно, к снижению эффективности теплообмена;- pre-cooling of the source gas is carried out in a remote recuperative heat exchanger, therefore the heat exchange process is carried out outside the separator tank, which will lead to heat loss, and, consequently, to a decrease in the efficiency of heat exchange;
- сложность регулирования расхода (отвода)горячего потока, заключающегося в практическом использовании управления рукояткой с штоком, размещенном на значительном расстоянии от цилиндрической части сепарирующего устройства, с помощью которого осуществляется изменение просвета окон (сечения) регулирующих расход выходящего горячего потока газа, от которого зависит эффективность работы вихревой трубы, а, следовательно, производимой холодопроизводительности вихревой трубы.- the complexity of regulating the flow rate (removal) of the hot flow, which consists in the practical use of the control of the handle with a rod located at a considerable distance from the cylindrical part of the separating device, with the help of which the lumen of the windows (section) regulating the flow of the outgoing hot gas flow is changed, on which the efficiency depends the work of the vortex tube, and, consequently, the produced cooling capacity of the vortex tube.
Прототипом предлагаемого изобретения - устройства является (патент RU, 2103620, F25B 9/02, 1998 - [4]).The prototype of the proposed invention - the device is (patent RU, 2103620, F25B 9/02, 1998 - [4]).
Технический результат устройства - установки достигается тем, криостат разделен на верхнюю и нижнюю зоны, при этом в верхней зоне размещен разветвтленный коллектор подвода газа высокого давления теплообменника, вихревые охладители, отводы газа низкого которых сообщены с зоной низкого давления теплообменника, а отводы жидкости их вихревых охладителей соединены с нижней зоной криостата дросселем с верхней зоной.The technical result of the device - installation is achieved by the fact that the cryostat is divided into upper and lower zones, while in the upper zone there is a branched manifold for the high pressure gas supply of the heat exchanger, vortex coolers, the low gas outlets of which are connected to the low pressure zone of the heat exchanger, and the liquid outlets of their vortex coolers connected to the lower zone of the cryostat by a choke with the upper zone.
Несмотря на заявленные преимущества данного изобретения, оно не лишено недостатков, из которых, к главным можно отнести следующие:Despite the claimed advantages of this invention, it is not devoid of disadvantages, of which, the main ones include the following:
- слишком сложные соединения элементов вихревых охладителей и их соединения с кольцевыми коллекторами рекуперативного теплообменника, а это трубки подвода к охладителям. Их многочисленность и требуемая точность работы мультивихревых охладителей, которые требуют шлифовки т.к. они работают при сверхзвуковых скоростях, практическое изготовление и монтаж вызовет затруднение, как и вся конструкция криостата в целом;- too complex connections of elements of vortex coolers and their connections with the annular collectors of the recuperative heat exchanger, and these are pipes for supplying the coolers. They are numerous and the required accuracy of operation of multi-vortex coolers, which require grinding since they operate at supersonic speeds, practical manufacturing and installation will cause difficulties, as well as the entire cryostat design as a whole;
- данная конструкция криостата предусматривает подачу исходного потока природного газа предварительно подготовленным, т.е. строго кондиционного состава без посторонних влаги и примесей, что практически почти исключение, а также отсутствие других углеводородных фракций.- this design of the cryostat provides for the supply of the initial natural gas stream in a pre-prepared manner, i.e. strictly conditioned composition without extraneous moisture and impurities, which is almost an exception, as well as the absence of other hydrocarbon fractions.
Отмеченные недостатки аналога и прототипа устройства позволяют создать устройство для сжижения природного газа, с устранением указанных выше недостатков.The noted disadvantages of the analogue and the prototype of the device make it possible to create a device for liquefying natural gas, with the elimination of the above disadvantages.
Техническая сущность заявляемого устройства для сжижения природного газа и способа для его реализации, представлена на фигуре 1, где изображен схематический разрез устройства.The technical essence of the inventive device for liquefying natural gas and the method for its implementation is presented in figure 1, which shows a schematic section of the device.
Устройство представляет собой вертикальную емкость-криостат, которая разделена горизонтальными перегородками на секции - блоки.The device is a vertical cryostat container, which is divided by horizontal partitions into sections - blocks.
В каждом блоке включены следующие аппараты и конструктивные элементы:Each block includes the following devices and structural elements:
Блок А - ограничен сверху горизонтальной перегородкой 28, а снизу сферическим днищем корпуса емкости 1. Нижняя часть емкости является сборником продуктового сжиженного газа, который поступает по трубе 30, а вывод сжиженного газа осуществляется через патрубок 29;Block A is bounded from above by a
Блок В - ограничен снизу перегородкой 28, а сверху горизонтальной перегородкой 10. В блоке размещен циклонный сепаратор, который состоит из элементов: нижнего полого конуса 5, с диаметром раструба меньше, по отношению к внутреннему диаметру обечайки емкости, при этом образуется зазор между кромкой конуса и внутренней обечайкой емкости. Полый конус 5 снизу соединен с центральным патрубком 4 и верхним коническим отбойником 8, кромки которого размещены горизонтально на уровне размещения верхней границы обрамляющей верхнего полого конуса 6 с диаметром конуса раструба, равного диаметру внутренней обечайки емкости, а кромки конуса вплотную примыкают к внутренней стенке емкости, при этом, конус по меньшему сечению соединен соосно с втулкой 7 таким образом, что имеется кольцевой зазор между втулкой 7 и центральным патрубком 4.Block B - bounded from below by a
Блок С - ограничен нижней перегородкой 10, а сверху горизонтальной перегородкой 16. Блок включает размещенный в данном блоке-секции теплообменный блок 12, представляющий собой рекуперативный теплообменник, состоящий из межтрубного и трубного 13 пространства.Block C is bounded by a
Межтрубное пространство теплообменного блока 12 соединено с холодным концом вихревой камеры 15 вихревого охладителя. Выход из межтрубного пространства осуществляется снизу, посредством трубы 30, проходит через горизонтальную перегородку 10, затем внутри центрального патрубка 4 и проходит через горизонтальную перегородку 28 и выходит в кубовую часть емкости-криостата 31.The annular space of the
Дополнительный выход из межтрубного пространства теплообменника 12 осуществляется посредством патрубка 17 сообщающего с пространством над горизонтальной перегородкой 16.An additional outlet from the annular space of the
Вход в трубное пространство теплообменника осуществляется посредством патрубка с коническим концом 11, вход в который осуществляется из полого пространства 9 потока газа, выходящего из циклона.The entrance to the tube space of the heat exchanger is carried out by means of a nozzle with a conical end 11, the entrance to which is carried out from the
Блок G - размещен между горизонтальной перегородкой 16 и перегородкой 20. В блоке размещена большая часть горячего конца 18 вихревого охладителя. Сверху перегородки накапливается хладагент-сжиженный природный газ, поступающий из блока С по соединительной трубке 17.Block G - is located between the
Блок Е - размещен в верхней зоне внутреннего пространства емкости-криостата 1. В полости горячего конца охладителя размещены:Block E - located in the upper zone of the inner space of the
отбойник 21, предназначенный для сепарации тяжелых углеводородов, а сверху размещен сетчатый отбойник 22 для сепарации газа от остаточного конденсата, который выводится с горизонтальной перегородки 20, посредством патрубка 26 за пределы емкости. Из верхней зоны 23 емкости 1 отвод газа низкого давления осуществляют посредством патрубка 24, на котором размещен вентиль-клапан точной регулировки 25, с помощью которого осуществляют отбор и регулировку режима работы вихревого охладителя 15.baffle 21, designed for the separation of heavy hydrocarbons, and a
Корпус емкости-криостата имеет две защитные герметичные рубашки, размещенные на наружной поверхности, в которых размещена теплоизоляция. В первой рубашке, закрывающей снаружи всю наружную поверхность корпуса емкости-криостата, размещена экранно-вакуумная изоляция 33, во второй рубашке 34, которая обрамляет почти всю поверхность первой рубашки (доходит по высоте снизу и до уровня блока G), в ее полости размещена насыпная (перлитная крошка).The body of the cryostat tank has two protective sealed jackets located on the outer surface, in which the thermal insulation is placed. In the first jacket, which covers the outside of the entire outer surface of the cryostat vessel body, there is a screen-
Для достижения технического результата - устройство для реализации заявляемого способа сжижения природного газа, содержащее сепаратор, рекуперативный теплообменник, вихревой охладитель, с линиями подачи и отводов холодного и горячего потоков газа, которые размещены в секционной вертикальной емкости-криостате, разделенной горизонтальными перегородками на секции-блоки, причем, в нижней секции размещен циклонный сепаратор и сборник товарного сжиженного газа, разделенные между собой горизонтальной перегородкой, в средней секции размещен теплообменный блок, также отделенный снизу и сверху горизонтальными перегородками, причем в нижней перегородке, размещенной на некотором расстоянии от верхнего конуса циклона имеется патрубок с коническим входом на конце патрубка, установленного через отверстие в горизонтальной перегородке, а сверху горизонтальная перегородка плотно примыкает к холодному концу вихревого охладителя и имеет выход в межтрубное пространство теплообменника, с которым соединен патрубок, верхний конец которого выходит сквозь верхнюю перегородку в пространство над перегородкой, а выход их трубного пространства теплообменника соединено патрубком с входом в камеру вихревого охладителя, а горячий конец охладителя, размещенный в верхней секции емкости разделен горизонтальной перегородкой находящейся на расстоянии порядка 2/3 высоты от нижней горизонтальной перегородки, а на конце горячего конца размещено отбойное устройство, дополнительно в верхней зоне расположен конический сетчатый отбойник, на уровне верхней горизонтальной перегородки размещен патрубок для вывода отсепарированных углеводородов С2+, а в верхней части емкости-криостата имеется патрубок с коническим раструбом внутри емкости, а на выходящем участке патрубка за пределами емкости размещен вентиль-клапан точной регулировки, для вывода низконапорного газа, также в нижней части циклонного сепаратора имеется патрубок вывода отсепарированного конденсата и примесей, а из кубовой части емкости-криостата имеется патрубок вывода сжиженного газа, при этом, корпус емкости-криостата заключен в герметичную рубашку, в которой размещена, например, экранно-вакуумная теплоизоляция, а сверху имеется дополнительная герметичная рубашка, которая закрывает корпус емкости - криостата, до верхнего уровня конца вихревого охладителя, в полости этой рубашки размещена, например, насыпная теплоизоляционная насадка (перлитная крошка).To achieve the technical result - a device for implementing the proposed method for liquefying natural gas, containing a separator, a recuperative heat exchanger, a vortex cooler, with supply lines and outlets of cold and hot gas flows, which are located in a sectional vertical cryostat tank, divided by horizontal partitions into block sections , moreover, in the lower section there is a cyclone separator and a collector of commercial liquefied gas, separated by a horizontal partition, in the middle section there is a heat exchange block, also separated from the bottom and from the top by horizontal partitions, and in the lower partition located at some distance from the upper cyclone cone there is a branch pipe with a conical inlet at the end of the branch pipe installed through a hole in the horizontal baffle, and from above the horizontal baffle tightly adjoins the cold end of the vortex cooler and has an outlet into the annular space of the heat exchanger to which it is connected tubes, the upper end of which goes through the upper baffle into the space above the baffle, and the outlet of their tube space of the heat exchanger is connected by a branch pipe with the inlet to the vortex cooler chamber, and the hot end of the cooler, located in the upper section of the tank, is divided by a horizontal baffle located at a distance of about 2/3 of the height from the lower horizontal partition, and at the end of the hot end there is a baffle device, additionally in the upper zone there is a conical mesh baffle, at the level of the upper horizontal baffle there is a branch pipe for the withdrawal of separated С 2 + hydrocarbons, and in the upper part of the cryostat tank there is a branch pipe with a conical bell inside the tank, and on the outlet section of the branch pipe outside the tank there is a fine adjustment valve for the output of low-pressure gas, also in the lower part of the cyclone separator there is a branch pipe for the withdrawal of separated condensate and impurities, and from the bottom part of the cryostat tank there is there is a branch pipe for the outlet of liquefied gas, while the body of the cryostat vessel is enclosed in a sealed jacket, in which, for example, a screen-vacuum thermal insulation is placed, and on top there is an additional sealed jacket that covers the body of the cryostat container, up to the upper level of the end of the vortex cooler, in the cavity of this jacket, for example, a loose heat-insulating nozzle (pearlite chips) is placed.
Для дополнительного разъяснения работы и достижения технического результата заявляемого изобретения можно отметить следующее: - в представленных прототипах способа и устройства компримированный (сжатый) природный газ, подвергаемый дроссельному рекуперативному способу сжижения, поступает после подготовки, включающей очистку и осушку от влаги и тяжелых углеводородных фракций, а также, в некоторых случаях, внешней рекуперации в теплообменных аппаратах, что приводит к дополнительным расходам энергоразделения и снижает энергоэффективность процесса сжижения;To further clarify the work and achieve the technical result of the claimed invention, the following can be noted: - in the presented prototypes of the method and device, compressed (compressed) natural gas subjected to a throttling recuperative liquefaction method comes after preparation, including cleaning and drying from moisture and heavy hydrocarbon fractions, and also, in some cases, external recuperation in heat exchangers, which leads to additional costs of energy separation and reduces the energy efficiency of the liquefaction process;
- подбор наиболее рациональной последовательности технологических процессов и эффективного использования начального входящего давления компримированного газа, включая центробежную сепарацию, рекуперативный теплообмен, вихревое сжижение очищенного потока газа и дополнительное сепарирование отходящего газа низкого давления позволяют минимизировать, в целом, криогенный процесс сжижения природного газа и повысить его эффективность;- selection of the most rational sequence of technological processes and effective use of the initial inlet pressure of the compressed gas, including centrifugal separation, recuperative heat exchange, vortex liquefaction of the purified gas stream and additional separation of low-pressure off-gas allow to minimize, in general, the cryogenic process of natural gas liquefaction and increase its efficiency ;
- указанная совокупность законченных циклов отдельных процессов, осуществляемых в комбинированном едином аппарате емкости-криостате,- the specified set of completed cycles of individual processes carried out in a combined single apparatus of a cryostat container,
при использовании двухступенчатой тепловой изоляции, позволяет избежать теплопотерь, что особенно важно при проведении низкотемпературных криогенных процессов сжижения, а значит достичь эффективности процесса сжижения.when using two-stage thermal insulation, it avoids heat loss, which is especially important when carrying out low-temperature cryogenic liquefaction processes, and therefore achieve the efficiency of the liquefaction process.
Выбор конкретных процессов и их последовательность, в частности первым по ходу выбран циклонный центробежный сепаратор, который обладая преимуществами: высокой эффективностью работы (не менее 98-99%), при минимальных сопротивлениях, обеспечивающих разделение в поле центробежных сил вращающейся газожидкостной смеси, из которой с периферийных зон отделяется тяжелая фаза, в виде конденсата и нежелательных примесей, которая стекает в кольцевую щель, образованную между нижним конусом циклона и корпусом емкости, накапливается в кубовом пространстве емкости, а затем выводится.The choice of specific processes and their sequence, in particular, the cyclone centrifugal separator was chosen first along the way, which has the following advantages: high operating efficiency (not less than 98-99%), with minimal resistances that ensure separation in the field of centrifugal forces of a rotating gas-liquid mixture, from which In the peripheral zones, a heavy phase is separated in the form of condensate and undesirable impurities, which flows into the annular gap formed between the lower cone of the cyclone and the vessel body, accumulates in the bottom space of the vessel, and then is removed.
Особенностью сепарации в циклоне является то, что разделяемые фазы газ и конденсат отводятся в противоположных направлениях, не контактируя между собой. Выходящий сверху очищенный поток газа рекуперируется в теплообменнике холодным, выходящим из вихревого охладителя и охлажденным поступает на вход в вихревую камеру, в которой осуществляется изоэнтропийное расширение (адиабатное), т.е. обратимое расширение при отсутствии теплообмена с окружающей средой. Это позволяет получить повышение максимально возможной эффективности сжижения, поскольку камера энергетического разделения вихревого охладителя дополнительно охлаждается, за счет более холодного потока газа, а также, за счет дополнительного охлаждения горячего конца вихревого охладителя.A feature of separation in a cyclone is that the separated phases of gas and condensate are discharged in opposite directions without contacting each other. The purified gas stream leaving the top is recovered in the heat exchanger cold, leaving the vortex cooler and cooled down enters the inlet to the vortex chamber, in which isentropic expansion (adiabatic) occurs, i.e. reversible expansion in the absence of heat exchange with the environment. This makes it possible to obtain an increase in the maximum possible liquefaction efficiency, since the energy separation chamber of the vortex cooler is additionally cooled due to the colder gas flow, as well as due to additional cooling of the hot end of the vortex cooler.
Выходящий из вихревого охладителя горячий поток также подвергается охлаждению частью холодного потока, отбираемого из теплообменного блока, накапливаясь на верхней горизонтальной перегородке, посредством трубки 17. Из горячего потока сепарируются остаточные количества тяжелых углеводородных фракций, с помощью отбойного колпачка на отводе горячего потока и сетчатого отбойника.The hot stream leaving the vortex cooler is also cooled by a part of the cold stream taken from the heat exchange unit, accumulating on the upper horizontal baffle through
Регулирование расхода горячего потока, являющегося газом низкого давления, осуществляется вентилем-клапаном, размещенном на патрубке, с коническим концом. Наличие на патрубке конуса позволяет снизить гидродинамическое сопротивление выходящего горячего потока, а это имеет значение для регулирования параметров работы вихревого охладителя. Так как установленный на выходном патрубке вентиль-клапан точной регулировки влияет на режим работы вихревого охладителя.The flow control of the hot flow, which is a low-pressure gas, is carried out by a valve-valve located on the branch pipe with a tapered end. The presence of a cone on the branch pipe allows to reduce the hydrodynamic resistance of the outgoing hot flow, and this is important for regulating the operating parameters of the vortex cooler. Since the fine adjustment valve-valve installed on the outlet branch pipe affects the operating mode of the vortex cooler.
Предлагаемый способ сжижения природного газа и устройство для его осуществления позволит реализовать предлагаемую технологию (способ) и устройство, с целью поставленной технической цели.The proposed method for liquefying natural gas and a device for its implementation will allow to implement the proposed technology (method) and device, with the aim of the technical goal.
Вышеприведенная совокупность отличительных признаков заявленного способа и устройства не известна на данном уровне развития техники и не следует из общественных правил известных технологий способов сжижения природного газа и устройств для их реализации, что доказывает соответствию критерию «изобретательский уровень».The above set of distinctive features of the claimed method and device is not known at this level of development of technology and does not follow from the public rules of known technologies for methods of liquefying natural gas and devices for their implementation, which proves the compliance with the criterion of "inventive step".
Конструктивная реализация заявленного изобретения с указанной совокупностью признаков не представляют никаких конструктивно-технических и технологических трудностей, откуда следует соответствие критерию «промышленная применимость».The constructive implementation of the claimed invention with the specified set of features does not present any structural, technical and technological difficulties, from which follows the compliance with the criterion of "industrial applicability".
Источники информацииInformation sources
1. Патент RU 2158400, F25J 1/00, 2000.1. Patent RU 2158400,
2. Патент 2103620, F25B 9/02, 1998 - прототип способа.2. Patent 2103620,
3. Патент RU 21500959, F25J 1/00, 20123. Patent RU 21500959,
4. Патент 2103620, F25B 9/02, 1998 - прототип устройства.4. Patent 2103620,
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020110960A RU2738514C1 (en) | 2020-03-16 | 2020-03-16 | Natural gas liquefaction method and device for implementation thereof |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020110960A RU2738514C1 (en) | 2020-03-16 | 2020-03-16 | Natural gas liquefaction method and device for implementation thereof |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2738514C1 true RU2738514C1 (en) | 2020-12-14 |
Family
ID=73834857
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020110960A RU2738514C1 (en) | 2020-03-16 | 2020-03-16 | Natural gas liquefaction method and device for implementation thereof |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2738514C1 (en) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3968659A (en) * | 1974-09-09 | 1976-07-13 | Pilcher David W | Process for separating water and liquid hydrocarbons from a fluid flow medium |
| RU2103620C1 (en) * | 1996-03-01 | 1998-01-27 | Валерий Емельянович Финько | Liquefying plant |
| US6196004B1 (en) * | 1999-04-05 | 2001-03-06 | W. Stan Lewis | Method and apparatus for condensing both water and a plurality of hydrocarbons entrained in a pressurized gas stream |
| RU2500959C2 (en) * | 2012-02-01 | 2013-12-10 | Александр Николаевич Лазарев | Method for natural gas liquefaction and device for its realisation |
| RU2528460C2 (en) * | 2012-09-18 | 2014-09-20 | Валентин Николаевич Косенков | Liquefying of high-pressure natural gas or low-pressure associated oil gas |
-
2020
- 2020-03-16 RU RU2020110960A patent/RU2738514C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3968659A (en) * | 1974-09-09 | 1976-07-13 | Pilcher David W | Process for separating water and liquid hydrocarbons from a fluid flow medium |
| RU2103620C1 (en) * | 1996-03-01 | 1998-01-27 | Валерий Емельянович Финько | Liquefying plant |
| US6196004B1 (en) * | 1999-04-05 | 2001-03-06 | W. Stan Lewis | Method and apparatus for condensing both water and a plurality of hydrocarbons entrained in a pressurized gas stream |
| RU2500959C2 (en) * | 2012-02-01 | 2013-12-10 | Александр Николаевич Лазарев | Method for natural gas liquefaction and device for its realisation |
| RU2528460C2 (en) * | 2012-09-18 | 2014-09-20 | Валентин Николаевич Косенков | Liquefying of high-pressure natural gas or low-pressure associated oil gas |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3775988A (en) | Condensate withdrawal from vortex tube in gas liquification circuit | |
| CN104061757B (en) | A kind of liquid oxygen and liquid nitrogen device for making and method | |
| RU2005118106A (en) | IMPROVED METHANE INSTANT EVAPORATION SYSTEM TO REDUCE NATURAL GAS | |
| RU2717668C1 (en) | Low-temperature fractionation unit for complex gas treatment and production of lng | |
| CN106461320A (en) | Liquefied natural gas facility employing an optimized mixed refrigerant system | |
| JPS625268B2 (en) | ||
| CN101659396A (en) | Process for the production of ammonia synthesis gas with improved cryogenic purification | |
| RU2500959C2 (en) | Method for natural gas liquefaction and device for its realisation | |
| CN112393527A (en) | LNG flash steam recovery method and system | |
| RU2732998C1 (en) | Low-temperature fractionation unit for complex gas treatment with production of liquefied natural gas | |
| JP7451532B2 (en) | Apparatus and method for separating air by cryogenic distillation | |
| RU2737986C1 (en) | Natural gas liquefaction method and device for implementation thereof | |
| US3791157A (en) | Process for purification of natural gas | |
| KR102552991B1 (en) | Liquefaction system | |
| RU2738514C1 (en) | Natural gas liquefaction method and device for implementation thereof | |
| RU2528460C2 (en) | Liquefying of high-pressure natural gas or low-pressure associated oil gas | |
| RU2737987C1 (en) | Natural gas liquefaction method and device for implementation thereof | |
| RU2496068C1 (en) | Method of drying and cleaning of natural gas with further liquefaction and device for its implementation | |
| CN106871576A (en) | Commercial syngas low temperature front-end demethanization method and system | |
| CN202039031U (en) | Skid-mounted middle-small sized light hydrocarbon extracting system employing vortex tube for secondary refrigeration | |
| JPS627465B2 (en) | ||
| RU2757553C1 (en) | Gas liquefaction plant | |
| RU2741460C1 (en) | Apparatus for separating a hydrocarbon-containing gas mixture to produce helium | |
| CN114437845B (en) | Computer control method for natural gas solvent absorption denitrification process | |
| TW202300842A (en) | Mixed refrigerant system and method |