RU2747921C2

RU2747921C2 - Installation for gas reduction and production of constant amount of lng

Info

Publication number: RU2747921C2
Application number: RU2019107714A
Authority: RU
Inventors: Андрей Владиславович Курочкин
Original assignee: Андрей Владиславович Курочкин
Priority date: 2019-03-18
Filing date: 2019-03-18
Publication date: 2021-05-17
Also published as: RU2019107714A3; RU2019107714A

Abstract

FIELD: gas industry.

SUBSTANCE: invention relates to cryogenic technology and can be used to liquefy natural gas at gas distribution stations. The invention relates to an installation for reducing gas and generating a constant amount of liquefied natural gas (LNG), including gas drying and purification units, preliminary and main heat exchangers, a separator, as well as expanders and a compressor connected to each other. As a compressor, a cooling machine compressor is installed with the possibility of supplying energy from the side, the high-pressure dried natural gas line is divided into at least one auxiliary gas line, the main and auxiliary process gas lines and the production gas line, in which the first section of the pre-heat exchanger, the cleaning unit, the second section of the pre-heat exchanger, the main heat exchanger, the first expander and the separator, equipped with an LNG output line and a return gas line with the main heat exchanger, are sequentially located. In the main process gas line, the first evaporator of the refrigerating machine, the second expander and connections to the return gas line and to the auxiliary process gas line equipped with an auxiliary refrigerator and a third expander are located, and in the low-pressure gas line formed by these lines, a preliminary heat exchanger is located. The auxiliary refrigerator is also located in at least one auxiliary gas line equipped with an auxiliary expander and a second evaporator of the refrigeration machine, in addition, the low-pressure gas line is connected to the main process gas line in front of the first evaporator by a circulation gas line in which the circulation compressor and refrigerator are installed.

EFFECT: invention is aimed at increasing the LNG output and the possibility of gas extraction by several consumers at different pressures and ensuring the consistency of the LNG output.

1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к криогенной технике и может быть использовано для получения сжиженного природного газа (СПГ) за счет перепада давления между магистральным и распределительным трубопроводами при отборе газа несколькими потребителями.The invention relates to cryogenic technology and can be used to obtain liquefied natural gas (LNG) due to the pressure drop between the main and distribution pipelines when gas is taken by several consumers.

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 facility with a cryogenic pump.

Недостатками известного комплекса является низкий выход СПГ.The disadvantages of the known complex is the low yield of LNG.

Наиболее близки 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", сепаратор, редуцирующее устройство (детандер), а также детандер и компрессор, соединенные посредством электрической и/или кинематической связи.Closest to the proposed invention is a natural gas liquefaction plant and a method of its operation (options) [RU 2671665, publ. 11/06/2018, IPC F25J 1/00], in one of the variants including gas dehydration and purification units, heat exchangers: preliminary, main, "compressed production gas / low pressure gas" and "purified compressed production gas / reduced process gas" , a separator, a reducing device (expander), as well as an expander and a compressor, connected by means of electrical and / or kinematic communication.

Недостатком данной установки является низкий выход СПГ, невозможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях газа и неравномерный выход СПГ в связи с сезонными колебаниями отбора газа низкого давления.The disadvantages of this unit are the low LNG yield, the impossibility of gas sampling by several consumers at different gas pressures and the uneven LNG yield due to seasonal fluctuations in the selection of low pressure gas.

Задачей изобретения является увеличение выхода СПГ и возможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях и обеспечение постоянства выхода СПГ.The objective of the invention is to increase the LNG yield and the possibility of gas sampling by several consumers at different pressures and to ensure a constant LNG yield.

Техническим результатом является увеличение выхода СПГ за счет снижения температуры продукционного газа путем установки испарителя компрессионной холодильной машины на линии технологического газа, возможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях за счет установки вспомогательных линий отбора газа и обеспечение постоянства выхода СПГ за счет оснащения установки циркуляционным компрессором.The technical result is an increase in the LNG yield due to a decrease in the temperature of the product gas by installing an evaporator of a compression refrigeration machine on the process gas line, the possibility of gas sampling by several consumers at different pressures due to the installation of auxiliary gas sampling lines and ensuring a constant LNG yield by equipping the unit with a circulation compressor.

Указанный технический результат достигается тем, что в известной установке, включающей блоки осушки и очистки газа, предварительный и основной теплообменники, сепаратор, а также детандеры и компрессор, соединенные между собой, особенность заключается в том, что в качестве компрессора установлен компрессор холодильной машины с возможностью подачи энергии со стороны, линия осушенного природного газа высокого давления разделена на по меньшей мере одну линию вспомогательного газа, линии основного и вспомогательного технологического газа и линию продукционного газа, на которой последовательно расположены 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, на линии основного технологического газа расположены первый испаритель холодильной машины, второй детандер и соединения с линией обратного газа и с линией вспомогательного технологического газа, оснащенной вспомогательным холодильником и третьим детандером, а на образованной этими линиями линии газа низкого давления расположен предварительный теплообменник, при этом вспомогательный холодильник расположен также на по меньшей мере одной линии вспомогательного газа, оснащенной вспомогательным детандером и вторым испарителем холодильной машины, кроме того, линия газа низкого давления соединена с линией основного технологического газа перед испарителем линией циркуляционного газа, на которой установлены циркуляционный компрессор и холодильник.The specified technical result is achieved by the fact that in the known installation, including gas dehydration and purification units, preliminary and main heat exchangers, a separator, as well as expanders and a compressor connected to each other, the peculiarity lies in the fact that the compressor of the refrigeration machine is installed as a compressor with the possibility power supply from the side, the high pressure dried natural gas line is divided into at least one auxiliary gas line, main and auxiliary process gas lines and a product gas line, on which the first section of the preliminary heat exchanger, the purification unit, the second section of the preliminary heat exchanger, the main heat exchanger, first expander and separator equipped with an LNG outlet line and a return gas line with the main heat exchanger, the first evaporator of the refrigeration machine, the second expander and connections to the return gas line and to the liner are located on the main process gas line. with an auxiliary process gas equipped with an auxiliary condenser and a third expander, and a preliminary heat exchanger is located on the low pressure gas line formed by these lines, while the auxiliary cooler is also located on at least one auxiliary gas line equipped with an auxiliary expander and a second evaporator of the refrigeration machine, except In addition, the low pressure gas line is connected to the main process gas line upstream of the evaporator by a recycle gas line on which a recycle compressor and a refrigerator are installed.

Компрессор может быть связан с детандерами с помощью кинематической связи и/или электрической связи, например, посредством электродвигателя, запитанного от электрогенераторов, соединенных с детандерами, и/или с помощью магнитной связи, например, с применением постоянных магнитов или электромагнитов, и/или с помощи гидравлической связи. Блок очистки может выполнен в виде узла адсорбционной очистки от углекислого газа. Второй испаритель холодильной машины и вспомогательный холодильник разделены на секции по числу линий вспомогательного газа, на каждой из которых установлен вспомогательный детандер. В качестве остальных элементов установки могут быть размещены любые устройства соответствующего назначения, известные из уровня техники.The compressor can be connected to the expanders by means of a kinematic connection and / or electrical connection, for example, by means of an electric motor powered by electric generators connected to the expanders and / or by means of magnetic communication, for example, using permanent magnets or electromagnets, and / or with aid hydraulic connection. The purification unit can be made in the form of a unit for adsorption purification from carbon dioxide. The second evaporator of the refrigeration machine and the auxiliary cooler are divided into sections according to the number of auxiliary gas lines, each of which is equipped with an auxiliary expander. As the rest of the installation elements, any devices of the corresponding purpose known from the prior art can be placed.

Предотвращение отложения твердого углекислого газа в технологических линиях достигается, например, за счет высокой скорости и/или турбулизации потока газа, а в теплообменниках - за счет исполнения в виде многосекционных аппаратов с возможностью периодического отключения секций для их прогрева и испарения отложений углекислого газа. 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. В случае отгрузки СПГ при более низком давлении, чем давление его хранения, линия вывода СПГ соединена с редуцирующим устройством и сепаратором низкого давления, оснащенным линией вывода СПГ низкого давления и линией газа сепарации с компрессором, которая соединена с линией обратного газа.Prevention of solid carbon dioxide deposition in technological lines is achieved, for example, due to high speed and / or turbulence of the gas flow, and in heat exchangers - due to the design in the form of multi-section devices with the possibility of periodically shutting down the sections for their heating and evaporation of carbon dioxide deposits. In adsorption gas purification, a portion of the purified product gas can be used as the purge gas, and the regeneration gas can be directed to the low pressure gas line. In the case of unloading LNG at a lower pressure than its storage pressure, the LNG outlet line is connected to a reducing device and a low pressure separator equipped with a low pressure LNG outlet line and a compressor separation gas line that is connected to the return gas line.

Установка испарителей компрессионной холодильной машины перед детандером на линиях технологического и вспомогательного газа позволяет понизить температуру редуцированного технологического газа, а следовательно, и продукционного газа, за счет чего увеличить выход СПГ. Оснащение установки вспомогательными линиями отбора газа позволяет подавать газ при разных давлениях нескольким потребителям, а также дает возможность использования энергии редуцирования вспомогательного газа для повышения выхода СПГ. Постоянство выхода СПГ обеспечивает подача дополнительной энергии, например, электрической, со стороны в холодильную машину для поддержания требуемой температуры основного технологического газа перед редуцированием, а также установка циркуляционного компрессора и холодильника на линии подачи циркуляционного газа, что позволяет увеличить расход технологического газа и обеспечивает постоянство температуры продукционного газа перед основным теплообменником.Installing the evaporators of the compression refrigeration machine in front of the expander on the process and auxiliary gas lines allows lowering the temperature of the reduced process gas, and therefore of the product gas, thereby increasing the LNG yield. Equipping the unit with auxiliary gas sampling lines allows supplying gas at different pressures to several consumers, and also makes it possible to use the auxiliary gas reduction energy to increase the LNG yield. The constancy of the LNG output ensures the supply of additional energy, for example, electrical energy, from the side to the chiller to maintain the required temperature of the main process gas before reduction, as well as the installation of a circulation compressor and a cooler in the circulation gas supply line, which allows an increase in the process gas flow rate and ensures a constant temperature product gas in front of the main heat exchanger.

Установка включает блоки осушки 1 и очистки 2, предварительный 3 и основной 4 теплообменники, компрессионную холодильную машину 5 с испарителями 6 и 7, вспомогательный холодильник 8, холодильник циркуляционного газа 9, первый 10, второй 11, третий 12 и вспомогательный 13 детандеры (условно показан один вспомогательный детандер), циркуляционный компрессор 14 и сепаратор 15. Пунктиром показано оборудование узла отгрузки: редуцирующее устройство 16, сепаратор 17 и компрессор 18.The installation includes units for drying 1 and cleaning 2, preliminary 3 and main 4 heat exchangers, compression refrigeration machine 5 with evaporators 6 and 7, auxiliary cooler 8, circulating gas cooler 9, first 10, second 11, third 12 and auxiliary 13 expanders (conventionally shown one auxiliary expander), a circulation compressor 14 and a separator 15. The dotted line shows the equipment of the unloading unit: a reducing device 16, a separator 17 and a compressor 18.

Установка эксплуатируется в трех режимах: зимнем, весенне-осеннем и летнем. При работе установки (фиг. 1) в зимнем режиме, при максимальном отборе газа низкого давления, краны 19, 20 закрыты, а природный газ высокого давления, поступающий по линии 21, осушают в блоке 1 и разделяют на по меньшей мере один поток вспомогательного газа (условно показан один поток 22), потоки основного 23 и вспомогательного 24 технологического газа и продукционный газ 25, который охлаждают в 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 10 и разделяют в сепараторе 15 на СПГ, выводимый по линии 26, и обратный газ, который по линии 27 подают в линию 23 после нагрева в теплообменнике 4. Основной технологический газ охлаждают в испарителе 6 холодильной машины 5, редуцируют в детандере 11, смешивают обратным газом, подаваемым по линии 27 и со вспомогательным технологическим газом подаваемым по линии 24 после охлаждения в холодильнике 8 и редуцирования в детандере 12, затем полученный газ низкого давления нагревают в теплообменнике 3 и выводят по линии 28. Вспомогательный газ охлаждают в испарителе 7, редуцируют в детандере 13, нагревают в холодильнике 8 и выводят потребителю (условно -одному). Пунктиром показана подача продувочного газа в блок 2 по линии 29 из линии 25, подача газа регенерации из блока 2 по линии 30 в линию 28, а также снижение давления СПГ путем редуцирования с помощью устройства 16, и разделения в сепараторе 17 на СПГ низкого давления, выводимый по линии 31, и газ сепарации, который сжимают компрессором 18 и подают по линии 32 в линию 27. Соединение детандеров 10-13 с компрессором холодильной машины 5 показано штрих-пунктиром.The unit is operated in three modes: winter, spring-autumn and summer. When the unit is operating (Fig. 1) in winter mode, with maximum low-pressure gas extraction, valves 19, 20 are closed, and high-pressure natural gas supplied through line 21 is dried in block 1 and divided into at least one auxiliary gas stream (one stream 22 is conventionally shown), the streams of the main 23 and auxiliary 24 process gas and the product gas 25, which is cooled in the first section of the heat exchanger 3, cleaned from carbon dioxide in block 2, then cooled in the second section of the heat exchanger 3 and in the heat exchanger 4, are reduced from using expander 10 and separated in separator 15 into LNG, discharged through line 26, and return gas, which is fed through line 27 to line 23 after heating in heat exchanger 4. The main process gas is cooled in evaporator 6 of refrigeration machine 5, reduced in expander 11, mixed with back gas supplied via line 27 and with auxiliary process gas supplied via line 24 after cooling in cooler 8 and reduction in expander 12 , then the obtained low-pressure gas is heated in the heat exchanger 3 and discharged through the line 28. The auxiliary gas is cooled in the evaporator 7, reduced in the expander 13, heated in the refrigerator 8 and taken out to the consumer (conditionally one). The dotted line shows the supply of purge gas to unit 2 through line 29 from line 25, the supply of regeneration gas from unit 2 through line 30 to line 28, as well as the reduction of the LNG pressure by means of reduction using the device 16, and separation in the separator 17 into low pressure LNG, discharged through line 31, and separation gas, which is compressed by compressor 18 and supplied through line 32 to line 27. The connection of expanders 10-13 to the compressor of the refrigeration machine 5 is shown in dash-dotted lines.

При работе установки в весенне-осеннем режиме, когда отбор газа низкого давления снижается и энергии, вырабатываемой детандерами, не хватает для поддержания мощности холодильной машины 5, по линии 33 со стороны подают дополнительную энергию для поддержания температуры редуцированного технологического газа и, соответственно, выхода СПГ. В летнем режиме, при значительном снижении отбора газа низкого давления снижается, открывают краны 19 и 20 и рециркулируют часть газа низкого давления из линии 28 по линии 34 в линию 23 с помощью компрессора 14 и холодильника 9.When the unit is operating in the spring-autumn mode, when the low-pressure gas selection decreases and the energy generated by the expanders is not enough to maintain the power of the refrigerating machine 5, additional energy is supplied through line 33 from the side to maintain the temperature of the reduced process gas and, accordingly, the LNG output ... In summer mode, with a significant decrease in the low pressure gas selection, the valves 19 and 20 are opened and part of the low pressure gas is recirculated from line 28 through line 34 to line 23 using compressor 14 and cooler 9.

Таким образом, предлагаемая установка позволяет увеличить выход СПГ, дает возможность отбора газа несколькими потребителями при разных давлениях, обеспечивает постоянство выхода СПГ и может быть использована в промышленности.Thus, the proposed installation allows to increase the LNG yield, makes it possible to take gas by several consumers at different pressures, ensures a constant LNG yield, and can be used in industry.

Claims

Installation for gas reduction and production of a constant amount of liquefied natural gas (LNG), including gas dehydration and purification units, preliminary and main heat exchangers, a separator, as well as expanders and a compressor connected to each other, characterized in that the compressor of the refrigeration machine is installed as a compressor with the possibility of supplying energy from the side, the high pressure dried natural gas line is divided into at least one auxiliary gas line, main and auxiliary process gas lines and a production gas line, on which the first section of the preliminary heat exchanger, the purification unit, the second section of the preliminary heat exchanger are sequentially located , main heat exchanger, first expander and separator equipped with an LNG outlet line and a return gas line with the main heat exchanger, the first evaporator of the refrigeration machine, the second expander and connections to the return line are located on the main process gas line. gas and with an auxiliary process gas line equipped with an auxiliary condenser and a third expander, and a preliminary heat exchanger is located on the low-pressure gas line formed by these lines, while the auxiliary condenser is also located on at least one auxiliary gas line equipped with an auxiliary expander and a second refrigeration evaporator machine, in addition, the low pressure gas line is connected to the main process gas line upstream of the first evaporator by a recirculation gas line, on which a recirculation compressor and a refrigerator are installed.