RU2775341C1

RU2775341C1 - Method for liquefying natural gas (options)

Info

Publication number: RU2775341C1
Application number: RU2022103929A
Authority: RU
Inventors: Алла Андреевна Довбиш; Андрей Викторович Слюсарев
Original assignee: Публичное акционерное общество криогенного машиностроения (ПАО "Криогенмаш")
Filing date: 2022-02-16
Publication date: 2022-06-29

Abstract

FIELD: cryogenic technology.

SUBSTANCE: inventions relates to the field of cryogenic technology. The method for liquefying natural gas includes cleaning and drying the initial natural gas and cooling it in a plate-fin heat exchanger until a two-phase flow is formed, which is removed from the heat exchanger and separated into gas and liquid fraction in the separator, the liquid fraction is sent for utilization, the gas is returned from the separator to the heat exchanger for its liquefaction and supercooling by means of an external closed nitrogen-expander cycle. Nitrogen is compressed, cooled, divided into two streams, and each stream is additionally compressed to different pressure values in the compressor stages of the first and second turbo-expander-compressor units. Each nitrogen stream is cooled and fed into a heat exchanger, in which nitrogen streams with different pressure values are cooled to different temperatures, removed from the heat exchanger and sent for expansion to the expander stages of the turboexpander-compressor units. Cold flows of low-pressure nitrogen are sent to a heat exchanger for heat exchange with a flow of liquefied natural gas and high-pressure nitrogen flows.

EFFECT: reduction of specific energy consumption for the production of liquefied natural gas and simplification of the control process of the liquefied natural gas plant.

3 cl, 3 dwg, 1 tbl

Description

Группа изобретений относится к области холодильной и криогенной техники и касается способа сжижения природного газа.SUBSTANCE: group of inventions relates to the field of refrigeration and cryogenic engineering and concerns a method for liquefying natural gas.

Известен способ сжижения природного газа (см. документ RU 2576410 С2, дата публикации 10.03.2016 г., принят за прототип), включающий в себя очистку и осушку исходного природного газа посредством блока комплексной очистки и осушки, охлаждение и ожижение в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате при помощи контура охлаждения на базе замкнутого азотно-детандерного цикла. В контуре охлаждения в качестве хладагента используется азот, который циркулирует в замкнутом контуре, организованном на базе циркуляционного компрессора. На детандерную ступень турбодетандер-компрессорного агрегата подается не весь поток охлажденного азота высокого давления, небольшая часть указанного потока последовательно подвергается дополнительному охлаждению в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате и дросселированию в клапане для получения жидкой фазы азота, которая подается в теплообменник-испаритель, где происходит переохлаждение потока сжиженного природного газа за счет теплообмена с кипящим жидким азотом. Образующиеся при кипении пары азота из теплообменника-испарителя смешиваются с потоком азота низкого давления на выходе из детандерной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата, и далее объединенный поток поступает в пластинчато-ребристом теплообменный аппарат, а после снова во всасывающую магистраль циркуляционного компрессора. К недостаткам этого способа следует отнести использование разнотипного оборудования: турбодетандер-компрессорного агрегата и холодильной машины, что приводит к высоким удельным энергозатратам на производство сжиженного природного газа (СПГ), так как, если в турбодетандер-компрессорном агрегате энергия, выделившаяся при расширении азота в детандерной ступени полезно используется в компрессорной ступени, то холодильная машина является только потребителем электроэнергии извне, а дополнительное использование блока переохлаждения приводит к усложнению процесса управления установкой сжижения природного газа. A known method of liquefying natural gas (see document RU 2576410 C2, publication date 03/10/2016, taken as a prototype), including purification and drying of the source natural gas through a complex purification and drying unit, cooling and liquefaction in a plate-fin heat exchanger apparatus using a cooling circuit based on a closed nitrogen-expander cycle. The cooling circuit uses nitrogen as a refrigerant, which circulates in a closed circuit organized on the basis of a circulating compressor. Not the entire flow of cooled high-pressure nitrogen is supplied to the expander stage of the turbo-expander-compressor unit, a small part of this flow is subsequently subjected to additional cooling in a plate-fin heat exchanger and throttling in a valve to obtain a liquid phase of nitrogen, which is fed to the heat exchanger-evaporator, where supercooling occurs flow of liquefied natural gas due to heat exchange with boiling liquid nitrogen. The nitrogen vapor formed during boiling from the heat exchanger-evaporator is mixed with a low-pressure nitrogen flow at the outlet of the expander stage of the turbo-expander-compressor unit, and then the combined flow enters the plate-finned heat exchanger, and then again into the suction line of the circulation compressor. The disadvantages of this method include the use of equipment of various types: a turboexpander-compressor unit and a refrigeration machine, which leads to high specific energy consumption for the production of liquefied natural gas (LNG), since if in the turboexpander-compressor unit the energy released during the expansion of nitrogen in the expander stage is useful in the compressor stage, the refrigeration machine is only an external power consumer, and the additional use of a subcooling unit complicates the process of controlling the natural gas liquefaction plant.

Целью настоящего изобретения является создание способа сжижения природного газа, который будет лишен недостатков: использование разнотипного оборудования, усложняющего процесс управления установкой сжижения природного газа и повышение удельных энергозатрат.The purpose of the present invention is to create a method for liquefying natural gas, which will be free from disadvantages: the use of different types of equipment that complicates the control process of a natural gas liquefaction plant and an increase in specific energy consumption.

Техническим результатом является снижение удельных энергозатрат на производство сжиженного природного газа и упрощение процесса управления установкой сжижения природного газа.The technical result is to reduce the specific energy consumption for the production of liquefied natural gas and to simplify the control process of the natural gas liquefaction plant.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе сжижения природного газа (1 вариант), исходный природный газ очищают и осушают в блоке комплексной очистки и осушки, охлаждают в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате, образовавшийся в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате двухфазный поток выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата и разделяют на газ и жидкую фракцию в сепараторе, направляют на утилизацию жидкую фракцию тяжелых углеводородов, возвращают газ из сепаратора в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат для его сжижения и переохлаждения с получением сжиженного природного газа посредством внешнего замкнутого азотно-детандерного цикла, в котором осуществляют сжатие азота в циркуляционном компрессоре, охлаждают в охладителе азота после циркуляционного компрессора, разделяют поток азота на два потока и дополнительно сжимают каждый поток азота до различных значений давления в компрессорных ступенях первого и второго турбодетандер-компрессорных агрегатов, затем охлаждают каждый поток азота в охладителях и подают охлажденные потоки азота в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат, в котором потоки азота с различным значением давления охлаждают до различного значения температур, потоки азота с различным давлением и температурой выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата и направляют на расширение в детандерные ступени турбодетандер-компрессорных агрегатов с использованием выделившейся энергии расширения азота для повышения давления азота в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов, затем направляют холодные потоки азота низкого давления после детандерных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат для теплообмена с потоком сжижаемого природного газа и потоками азота высокого давления, поступающими из охладителей азота после компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов, в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате потоки азота объединяют и выводят объединенным потоком азота из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата и направляют на вход в циркуляционный компрессор.The technical result is achieved by the fact that in the proposed method for liquefying natural gas (version 1), the source natural gas is purified and dried in a complex purification and drying unit, cooled in a plate-fin heat exchanger, the two-phase flow formed in the plate-fin heat exchanger is removed from the plate -finned heat exchanger and separated into gas and liquid fraction in the separator, the liquid fraction of heavy hydrocarbons is sent for utilization, the gas is returned from the separator to the plate-fin heat exchanger for its liquefaction and supercooling to obtain liquefied natural gas by means of an external closed nitrogen-expander cycle, in which nitrogen is compressed in a circulating compressor, cooled in a nitrogen cooler after the circulating compressor, the nitrogen stream is divided into two streams, and each nitrogen stream is additionally compressed to different pressures in the compressor stages of the first and second turboexpander-compressor spring units, then each nitrogen stream is cooled in the coolers and the cooled nitrogen streams are fed into the plate-fin heat exchanger, in which nitrogen streams with different pressure values are cooled to different temperatures, nitrogen streams with different pressure and temperature are removed from the plate-fin heat exchanger and sent for expansion to the expander stages of the turboexpander-compressor units using the released nitrogen expansion energy to increase the nitrogen pressure in the compressor stages of the turboexpander-compressor units, then cold low-pressure nitrogen flows are sent after the expander stages of the turboexpander-compressor units to a plate-fin heat exchanger for heat exchange with the flow of liquefied natural gas and high-pressure nitrogen flows coming from the nitrogen coolers after the compressor stages of the turbo-expander-compressor units, in a plate-fin heat exchanger along nitrogen streams are combined and removed by the combined nitrogen flow from the plate-fin heat exchanger and directed to the inlet to the circulating compressor.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе сжижения природного газа (2 вариант), исходный природный газ очищают и осушают в блоке комплексной очистки и осушки, охлаждают в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате, образовавшийся в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате двухфазный поток выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата и разделяют на газ и жидкую фракцию в сепараторе, направляют на утилизацию жидкую фракцию тяжелых углеводородов, возвращают газ из сепаратора в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат для его сжижения и переохлаждения с получением сжиженного природного газа посредством внешнего замкнутого азотно-детандерного цикла, в котором осуществляют сжатие азота в циркуляционном компрессоре, охлаждают в охладителе азота после циркуляционного компрессора, разделяют поток азота на два потока, направляют первый поток азота на дополнительное сжатие в компрессорную ступень первого турбодетандер-компрессорного агрегата, охлаждают в охладителе азота и подают охлажденный первый поток азота в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат, а второй поток азота направляют в дожимающий компрессор для повышения давления и охлаждают в охладителе азота и направляют второй поток азота на дальнейшее сжатие в компрессорную ступень второго турбодетандер-компрессорного агрегата, затем второй поток азота охлаждают в охладителе азота и подают второй охлажденный поток азота в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат, в котором потоки азота с различными значениями давления охлаждают до различного значения температур, потоки азота с различным давлением и температурой выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата и направляют на расширение в детандерные ступени турбодетандер-компрессорных агрегатов с использованием выделившейся энергии расширения азота для повышения давления азота в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов, затем направляют холодные потоки азота низкого давления после детандерных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат для теплообмена с потоком сжижаемого природного газа и потоками азота высокого давления, поступающими из охладителей азота после компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов, в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате потоки азота объединяют и выводят объединенным потоком азота из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата и направляют на вход в циркуляционный компрессор.The technical result is achieved by the fact that in the proposed method for liquefying natural gas (option 2), the source natural gas is cleaned and dried in a complex purification and drying unit, cooled in a plate-fin heat exchanger, the two-phase flow formed in the plate-fin heat exchanger is removed from the plate -finned heat exchanger and separated into gas and liquid fraction in the separator, the liquid fraction of heavy hydrocarbons is sent for utilization, the gas is returned from the separator to the plate-fin heat exchanger for its liquefaction and supercooling to obtain liquefied natural gas by means of an external closed nitrogen-expander cycle, in which nitrogen is compressed in a circulating compressor, cooled in a nitrogen cooler after the circulating compressor, the nitrogen stream is divided into two streams, the first nitrogen stream is sent for additional compression to the compressor stage of the first turbo-expander-compressor unit, cooling t in the nitrogen cooler and the cooled first nitrogen stream is fed into the plate-fin heat exchanger, and the second nitrogen stream is sent to the booster compressor to increase the pressure and cooled in the nitrogen cooler and the second nitrogen stream is sent for further compression to the compressor stage of the second turbo-expander-compressor unit, then the second nitrogen stream is cooled in a nitrogen cooler and the second cooled nitrogen stream is fed into the plate-fin heat exchanger, in which nitrogen streams with different pressures are cooled to different temperatures, nitrogen streams with different pressures and temperatures are removed from the plate-fin heat exchanger and are sent for expansion to the expander stages of the turbo-expander-compressor units using the released nitrogen expansion energy to increase the nitrogen pressure in the compressor stages of the turbo-expander-compressor units, then cold low-pressure nitrogen flows are sent after the expander stages of turbo-expander-compressor units into a plate-fin heat exchanger for heat exchange with a stream of liquefied natural gas and high-pressure nitrogen flows coming from nitrogen coolers after the compressor stages of turbo-expander-compressor units, in a plate-fin heat exchanger, nitrogen flows are combined and removed by a combined nitrogen flow from a plate-fin heat exchanger and sent to the inlet to the circulation compressor.

Технический результат достигается тем, что в предлагаемом способе сжижения природного газа (3 вариант), исходный природный газ очищают и осушают в блоке комплексной очистки и осушки, охлаждают в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате, образовавшийся в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате двухфазный поток выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата и разделяют на газ и жидкую фракцию в сепараторе, направляют на утилизацию жидкую фракцию тяжелых углеводородов, возвращают газ из сепаратора в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат для его сжижения и переохлаждения с получением сжиженного природного газа посредством внешнего замкнутого азотно-детандерного цикла, в котором осуществляют сжатие нагретого в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате после расширения в детандерной ступени второго турбодетандер-компрессорного агрегата потока азота в дожимающем компрессоре, охлаждают данный поток азота в охладителе и объединяют с потоком азота, нагретом в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате после расширения в детандерной ступени первого турбодетандер-компрессорного агрегата, далее направляют объединенный поток азота в циркуляционный компрессор для повышение давления, охлаждают объединенный поток азота в охладителе после циркуляционного компрессора, разделяют поток азота на два потока и дополнительно сжимают каждый поток азота до различных значений давления в компрессорных ступенях первого и второго турбодетандер-компрессорных агрегатов, затем выполняют охлаждение каждого потока азота в охладителях и подают охлажденные потоки азота в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат, в котором потоки азота с различным значением давления охлаждают до различного значения температур, потоки азота с различным давлением и температурой выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата и направляют на расширение в детандерные ступени турбодетандер-компрессорных агрегатов с использованием выделившейся энергии расширения азота для повышения давления азота в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов, затем направляют холодные потоки азота низкого давления после детандерных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат для теплообмена с потоком сжижаемого природного газа и потоками азота высокого давления, поступающими из охладителей азота после компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов, далее направляют нагретый в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате поток азота после детандерной ступени второго турбодетандер-компрессорного агрегата в дожимающий компрессор, затем охлаждают данный поток в охладителе и объединяют с потоком азота, нагретым в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате после расширения в детандерной ступени первого турбодетандер-компрессорного агрегата, и направляют объединенный поток азота на вход в циркуляционный компрессор.The technical result is achieved by the fact that in the proposed method for liquefying natural gas (variant 3), the source natural gas is cleaned and dried in a complex purification and drying unit, cooled in a plate-fin heat exchanger, the two-phase flow formed in the plate-fin heat exchanger is removed from the plate -finned heat exchanger and separated into gas and liquid fraction in the separator, the liquid fraction of heavy hydrocarbons is sent for utilization, the gas is returned from the separator to the plate-fin heat exchanger for its liquefaction and supercooling to obtain liquefied natural gas by means of an external closed nitrogen-expander cycle, in which the nitrogen stream heated in the plate-fin heat exchanger is compressed after expansion in the expander stage of the second turbo-expander-compressor unit in the booster compressor, this nitrogen stream is cooled in the cooler and combined with the nitrogen stream heated in the plates ribbed heat exchanger after expansion in the expander stage of the first turbo-expander-compressor unit, then the combined nitrogen flow is sent to the circulation compressor to increase the pressure, the combined nitrogen flow is cooled in the cooler after the circulation compressor, the nitrogen flow is divided into two flows and each nitrogen flow is additionally compressed to different pressures in the compressor stages of the first and second turboexpander-compressor units, then each nitrogen stream is cooled in the coolers and the cooled nitrogen streams are supplied to the plate-fin heat exchanger, in which nitrogen streams with different pressures are cooled to different temperatures, the streams nitrogen with different pressures and temperatures is removed from the plate-fin heat exchanger and sent for expansion to the expander stages of turbo-expander-compressor units using the released energy of nitrogen expansion to increase d nitrogen pressure in the compressor stages of the turboexpander-compressor units, then cold streams of low-pressure nitrogen are sent after the expander stages of the turboexpander-compressor units to a plate-fin heat exchanger for heat exchange with the liquefied natural gas stream and high-pressure nitrogen streams coming from the nitrogen coolers after the compressor stages turbo-expander-compressor units, then the nitrogen stream heated in the plate-fin heat exchanger is sent after the expander stage of the second turbo-expander-compressor unit to the booster compressor, then this stream is cooled in the cooler and combined with the nitrogen stream heated in the plate-fin heat exchanger after expansion into the expander stage of the first turbo-expander-compressor unit, and direct the combined nitrogen flow to the inlet to the circulation compressor.

Группа изобретений поясняется чертежами, где:The group of inventions is illustrated by drawings, where:

На фиг. 1 показана схема способа сжижения природного газа с двумя турбодетандер-компрессорными агрегатами для получения СПГ (1 вариант).In FIG. 1 shows a diagram of a method for liquefying natural gas with two turbo-expander-compressor units to produce LNG (version 1).

На фиг. 2 показана схема способа сжижения природного газа с двумя турбодетандер-компрессорными агрегатами и дожимающим компрессором, расположенным после циркуляционного компрессора, для получения СПГ (2 вариант).In FIG. 2 shows a diagram of a method for liquefying natural gas with two turbo-expander-compressor units and a booster compressor located after the circulating compressor to produce LNG (option 2).

На фиг. 3 показана схема способа сжижения природного газа с двумя турбодетандер-компрессорными агрегатами и дожимающим компрессором, расположенным до циркуляционного компрессора, для получения СПГ (3 вариант).In FIG. 3 shows a diagram of a method for liquefying natural gas with two turbo-expander-compressor units and a booster compressor located upstream of the circulating compressor to produce LNG (option 3).

На фиг. 1 показана схема способа сжижения природного газа с двумя турбодетандер-компрессорными агрегатами для получения СПГ, которая содержит: блок комплексной очистки и осушки - 1, пластинчато-ребристый теплообменный аппарат - 2, сепаратор - 3, дросселирующий клапан - 4, циркуляционный компрессор - 5, охладитель - 6, первый турбодетандер-компрессорный агрегат - 7, второй турбодетандер-компрессорный агрегат - 8, охладитель после компрессорной ступени первого турбодетандер-компрессорного агрегата - 9, охладитель после компрессорной ступени второго турбодетандер-компрессорного агрегата - 10, блок ожижения - 11.In FIG. 1 shows a diagram of a method for liquefying natural gas with two turbo-expander-compressor units for producing LNG, which contains: a complex treatment and drying unit - 1, a plate-fin heat exchanger - 2, a separator - 3, a throttling valve - 4, a circulation compressor - 5, cooler - 6, the first turboexpander-compressor unit - 7, the second turboexpander-compressor unit - 8, the cooler after the compressor stage of the first turboexpander-compressor unit - 9, the cooler after the compressor stage of the second turboexpander-compressor unit - 10, the liquefaction unit - 11.

В качестве охладителей (6, 9, 10) могут использоваться различные типы охладителей: водяные, с охлаждающим теплоносителем, аппараты воздушного охлаждения (АВО).As coolers (6, 9, 10), various types of coolers can be used: water coolers, coolant coolers, air coolers (ABOs).

На фиг. 2 показана схема способа сжижения природного газа с двумя турбодетандер-компрессорными агрегатами и дожимающим компрессором, расположенным после циркуляционного компрессора, для получения СПГ, которая содержит: блок комплексной очистки и осушки - 1, пластинчато-ребристый теплообменный аппарат - 2, сепаратор - 3, дросселирующий клапан - 4, циркуляционный компрессор - 5, охладитель - 6, первый турбодетандер-компрессорный агрегат - 7, второй турбодетандер-компрессорный агрегат - 8, охладитель после компрессорной ступени первого турбодетандер-компрессорного агрегата - 9, охладитель после компрессорной ступени второго турбодетандер-компрессорного агрегата - 10, блок ожижения - 11, дожимающий компрессор - 12, охладитель после дожимающего компрессора - 13.In FIG. 2 shows a diagram of a method for liquefying natural gas with two turbo-expander-compressor units and a booster compressor located after the circulating compressor to produce LNG, which contains: a complex treatment and drying unit - 1, a plate-fin heat exchanger - 2, a separator - 3, throttling valve - 4, circulation compressor - 5, cooler - 6, first turboexpander-compressor unit - 7, second turboexpander-compressor unit - 8, cooler after the compressor stage of the first turboexpander-compressor unit - 9, cooler after the compressor stage of the second turboexpander-compressor unit - 10, liquefaction unit - 11, booster compressor - 12, cooler after booster compressor - 13.

В качестве охладителей (6, 9, 10, 13) могут использоваться различные типы охладителей: водяные, с охлаждающим теплоносителем, аппараты воздушного охлаждения (АВО).Various types of coolers can be used as coolers (6, 9, 10, 13): water coolers, coolant coolers, air coolers (ACOs).

На фиг. 3 показана схема способа сжижения природного газа с двумя турбодетандер-компрессорными агрегатами и дожимающим компрессором, расположенным до циркуляционного компрессора, для получения СПГ, которая содержит: блок комплексной очистки и осушки - 1, пластинчато-ребристый теплообменный аппарат - 2, сепаратор - 3, дросселирующий клапан - 4, циркуляционный компрессор - 5, охладитель - 6, первый турбодетандер-компрессорный агрегат - 7, второй турбодетандер-компрессорный агрегат - 8, охладитель после компрессорной ступени первого турбодетандер-компрессорного агрегата - 9, охладитель после компрессорной ступени второго турбодетандер-компрессорного агрегата - 10, блок ожижения - 11, дожимающий компрессор - 12, охладитель после дожимающего компрессора - 13.In FIG. 3 shows a diagram of a method for liquefying natural gas with two turbo-expander-compressor units and a booster compressor located upstream of the circulating compressor to produce LNG, which contains: a complex treatment and drying unit - 1, a plate-fin heat exchanger - 2, a separator - 3, throttling valve - 4, circulation compressor - 5, cooler - 6, first turboexpander-compressor unit - 7, second turboexpander-compressor unit - 8, cooler after the compressor stage of the first turboexpander-compressor unit - 9, cooler after the compressor stage of the second turboexpander-compressor unit - 10, liquefaction unit - 11, booster compressor - 12, cooler after booster compressor - 13.

Реализация способа сжижения природного газа по фиг. 1.Implementation of the natural gas liquefaction process according to FIG. one.

Природный газ высокого давления поступает в блок комплексной очистки и осушки 1, далее, очищенный от углекислого газа до остаточного содержания 50 ррm и осушенный от паров воды до остаточного содержания 1 ррт, природный газ поступает в блок ожижения 11, состоящий из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата 2, сепаратора 3 и дросселирующего клапана 4. Природный газ в блоке ожижения 11 направляют в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат 2, в котором поток природного газа охлаждают до температуры 200÷230 К. Образовавшийся парожидкостной (двухфазный) поток выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата 2 и направляют в сепаратор 3. В сепараторе 3 данный поток разделяется на газ и жидкую фракцию. Жидкую фракцию тяжелых углеводородов из сепаратора 3 выводят из блока ожижения 11 на утилизацию, а газ из сепаратора 3 возвращают в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат 2, в котором осуществляют дальнейшее охлаждение и ожижение потока природного газа и переохлаждение сжиженного природного газа. Затем поток сжиженного природного газа выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата 2, дросселируют с помощью клапана 4 до давления 0.3 МПа абсолютных, и далее выводят из блока ожижения 11 и направляют в систему хранения сжиженного природного газа. Охлаждение, ожижение природного газа и переохлаждение сжиженного природного газа в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате 2 осуществляется посредством внешнего замкнутого азотно-детандерного цикла.High-pressure natural gas enters the complex purification and drying unit 1, then, purified from carbon dioxide to a residual content of 50 ppm and dried from water vapor to a residual content of 1 ppm, natural gas enters the liquefaction unit 11, consisting of a plate-fin heat exchanger 2, separator 3 and throttling valve 4. Natural gas in the liquefaction unit 11 is sent to a plate-fin heat exchanger 2, in which the natural gas flow is cooled to a temperature of 200÷230 K. The resulting vapor-liquid (two-phase) flow is removed from the plate-fin heat exchanger 2 and sent to separator 3. In separator 3, this stream is separated into gas and liquid fraction. The liquid fraction of heavy hydrocarbons from the separator 3 is removed from the liquefaction unit 11 for disposal, and the gas from the separator 3 is returned to the plate-fin heat exchanger 2, in which the natural gas stream is further cooled and liquefied and the liquefied natural gas is supercooled. Then the flow of liquefied natural gas is removed from the plate-fin heat exchanger 2, throttled using valve 4 to a pressure of 0.3 MPa absolute, and then removed from the liquefaction unit 11 and sent to the liquefied natural gas storage system. Cooling, liquefaction of natural gas and subcooling of liquefied natural gas in the plate-fin heat exchanger 2 is carried out by means of an external closed nitrogen-expander cycle.

Для охлаждения, сжижения природного газа и переохлаждения сжиженного природного газа в качестве стороннего хладагента используется азот, который циркулирует в замкнутом цикле, организованном на базе циркуляционного компрессора 5. В азотно-детандерном цикле, в качестве основного холодопроизводящего элемента, используются два турбодетандер-компрессорных агрегата 7 и 8. Энергия расширения азота в детандерных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов используется для повышения давления азота в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8.For cooling, liquefaction of natural gas and subcooling of liquefied natural gas, nitrogen is used as a third-party refrigerant, which circulates in a closed cycle organized on the basis of a circulating compressor 5. In the nitrogen-expander cycle, two turboexpander-compressor units 7 are used as the main cooling element and 8. The expansion energy of the nitrogen in the expander stages of the turboexpander-compressor assemblies is used to pressurize the nitrogen in the compressor stages of the turboexpander-compressor assemblies 7 and 8.

В предлагаемом способе поток азота, сжатый в циркуляционном компрессоре и охлажденный в охладителе, разделяют на два потока и направляют в отдельные контуры турбодетандер-компрессорных агрегатов, потоки азота в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов сжимают до различных значений давления, таким образом, нет необходимости согласовывать работу компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов. Затем потоки азота охлаждают в отдельных охладителях после компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов, далее потоки азота подают в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат, охлажденные в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате потоки азота, каждый с различной температурой и давлением выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата и направляют в детандерные ступени турбодетандер-компрессорных агрегатов на расширение. Каждый турбодетандер-компрессорный агрегат работает в отдельном контуре, что повышает эффективность каждого из двух турбодетандер-компрессорных агрегатов и способствует снижению удельных энергозатрат на производство сжиженного природного газа, а также приводит к упрощению процесса управления установкой сжижения природного газа, так как нет необходимости согласовывать работу компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов, а потоки азота в компрессорных ступенях сжимаются до различных значений давления.In the proposed method, the nitrogen stream compressed in the circulating compressor and cooled in the cooler is divided into two streams and sent to separate circuits of the turboexpander-compressor units, the nitrogen flows in the compressor stages of the turboexpander-compressor units are compressed to different pressure values, thus, there is no need to coordinate operation of the compressor stages of turboexpander-compressor units. Then the nitrogen streams are cooled in separate coolers after the compressor stages of the turbo-expander-compressor units, then the nitrogen streams are fed into the plate-fin heat exchanger, the nitrogen streams cooled in the plate-fin heat exchanger, each with different temperature and pressure, are removed from the plate-fin heat exchanger and sent to the expander stages of the turbo-expander-compressor units for expansion. Each turbo-expander-compressor unit operates in a separate circuit, which increases the efficiency of each of the two turbo-expander-compressor units and helps to reduce specific energy consumption for the production of liquefied natural gas, and also leads to a simplification of the control process of the natural gas liquefaction unit, since there is no need to coordinate the operation of compressor units. stages of turboexpander-compressor units, and nitrogen flows in the compressor stages are compressed to different pressure values.

Сжатый до давления 3.7÷4.0 МПа абсолютных в циркуляционном компрессоре 5 азот охлаждают в охладителе 6 и разделяют на два потока, каждый поток направляют в отдельный контур турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8 на дополнительное сжатие в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8. Сжатые до различных значений давления в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8 потоки азота исключают необходимость согласовывать работу компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8 и, соответственно, повышается эффективность каждого из двух турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8, это способствует снижению удельных энергозатрат на производство сжиженного природного газа, а также упрощает процесс управления установкой. Далее потоки азота охлаждают в охладителях 9 и 10. Отдельные потоки азота, каждый с различным значением давлений направляют в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат 2, в котором каждый из двух потоков азота охлаждают до различных значений температуры. Охлажденные в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате 2 потоки азота, каждый с различной температурой и давлением выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата 2 и направляют в детандерные ступени турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8 на расширение. После расширения в детандерных ступенях, с использованием выделившейся энергии расширения азота для повышения давления азота в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов, холодные потоки азота низкого давления возвращают в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат 2 для теплообмена с потоком сжижаемого природного газа и потоками азота высокого давления, поступающими из охладителей азота 9 и 10 после компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8 и объединяют их в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате. Объединенный поток азота с давлением 0.9÷1.3 МПа абсолютных выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата 2 и направляют на вход в циркуляционный компрессор 5.Compressed to a pressure of 3.7÷4.0 MPa absolute in the circulating compressor 5, nitrogen is cooled in the cooler 6 and divided into two streams, each stream is sent to a separate circuit of the turboexpander-compressor units 7 and 8 for additional compression in the compressor stages of the turboexpander-compressor units 7 and 8. Compressed to different pressures in the compressor stages of the turboexpander-compressor units 7 and 8, nitrogen flows eliminate the need to coordinate the operation of the compressor stages of the turboexpander-compressor units 7 and 8 and, accordingly, the efficiency of each of the two turboexpander-compressor units 7 and 8 increases, this helps to reduce specific energy consumption for the production of liquefied natural gas, and also simplifies the plant management process. Next, the nitrogen streams are cooled in coolers 9 and 10. Separate nitrogen streams, each with a different pressure value, are sent to a plate-fin heat exchanger 2, in which each of the two nitrogen streams is cooled to different temperatures. The nitrogen streams cooled in the plate-fin heat exchanger 2, each with different temperature and pressure, are removed from the plate-fin heat exchanger 2 and sent to the expander stages of the turbo-expander-compressor units 7 and 8 for expansion. After expansion in the expander stages, using the released nitrogen expansion energy to increase the nitrogen pressure in the compressor stages of the turboexpander-compressor units, cold low-pressure nitrogen flows are returned to the plate-fin heat exchanger 2 for heat exchange with the liquefied natural gas flow and high-pressure nitrogen flows, coming from the nitrogen coolers 9 and 10 after the compressor stages of the turbo-expander-compressor units 7 and 8 and combine them in a plate-fin heat exchanger. The combined nitrogen flow with a pressure of 0.9÷1.3 MPa absolute is removed from the plate-fin heat exchanger 2 and sent to the inlet to the circulation compressor 5.

Реализации способа сжижения природного газа по фиг. 2.Implementations of the natural gas liquefaction process according to FIG. 2.

Природный газ высокого давления поступает в блок комплексной очистки и осушки 1, далее, очищенный от углекислого газа до остаточного содержания 50 ррт и осушенный от паров воды до остаточного содержания 1 ррт, природный газ поступает в блок ожижения 11, состоящий из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата 2, сепаратора 3 и дросселирующего клапана 4. Природный газ в блоке ожижения 11 направляют в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат 2, в котором поток природного газа охлаждают до температуры 200÷230 К. Образовавшийся парожидкостной (двухфазный) поток выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата 2 и направляют в сепаратор 3. В сепараторе 3 данный поток разделяется на газ и жидкую фракцию. Жидкую фракцию тяжелых углеводородов из сепаратора 3 выводят из блока ожижения 11 на утилизацию, а газ из сепаратора 3 возвращают в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат 2, в котором осуществляют дальнейшее охлаждение и ожижение потока природного газа и переохлаждение сжиженного природного газа. Затем поток сжиженного природного газа выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата 2, дросселируют с помощью клапана 4 до давления 0.3 МПа абсолютных, и далее выводят из блока ожижения 11 и направляют в систему хранения сжиженного природного газа. Охлаждение, ожижение природного газа и переохлаждение сжиженного природного газа в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате 2 осуществляется посредством внешнего замкнутого азотно-детандерного цикла.High-pressure natural gas enters the complex cleaning and drying unit 1, then, purified from carbon dioxide to a residual content of 50 ppm and dried from water vapor to a residual content of 1 ppm, natural gas enters the liquefaction unit 11, consisting of a plate-fin heat exchanger 2, separator 3 and throttling valve 4. Natural gas in the liquefaction unit 11 is sent to a plate-fin heat exchanger 2, in which the natural gas flow is cooled to a temperature of 200÷230 K. The resulting vapor-liquid (two-phase) flow is removed from the plate-fin heat exchanger 2 and sent to separator 3. In separator 3, this stream is separated into gas and liquid fraction. The liquid fraction of heavy hydrocarbons from the separator 3 is removed from the liquefaction unit 11 for disposal, and the gas from the separator 3 is returned to the plate-fin heat exchanger 2, in which the natural gas stream is further cooled and liquefied and the liquefied natural gas is supercooled. Then the flow of liquefied natural gas is removed from the plate-fin heat exchanger 2, throttled using valve 4 to a pressure of 0.3 MPa absolute, and then removed from the liquefaction unit 11 and sent to the liquefied natural gas storage system. Cooling, liquefaction of natural gas and subcooling of liquefied natural gas in the plate-fin heat exchanger 2 is carried out by means of an external closed nitrogen-expander cycle.

Для охлаждения, сжижения природного газа и переохлаждения сжиженного природного газа в качестве стороннего хладагента используется азот, который циркулирует в замкнутом цикле, организованном на базе циркуляционного компрессора 5. В азотно-детандерном цикле, в качестве основного холодопроизводящего элемента, используются два турбодетандер-компрессорных агрегата 7 и 8, энергия расширения азота в детандерных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов используется для повышения давления азота в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8.For cooling, liquefaction of natural gas and subcooling of liquefied natural gas, nitrogen is used as a third-party refrigerant, which circulates in a closed cycle organized on the basis of a circulating compressor 5. In the nitrogen-expander cycle, two turboexpander-compressor units 7 are used as the main cooling element and 8, the expansion energy of the nitrogen in the expander stages of the turbo-expander-compressor assemblies is used to pressurize the nitrogen in the compressor stages of the turbo-expander-compressor assemblies 7 and 8.

В предлагаемом способе поток азота, сжатый в циркуляционном компрессоре и охлажденный в охладителе, разделяют на два потока, первый поток направляют в отдельный контур первого турбодетандер-компрессорного агрегата, второй поток азота направляют на дополнительное сжатие в дожимающий компрессор, охлаждают в отдельном охладителе и направляют на дополнительное сжатие в отдельный контур второго турбодетандер-компрессорного агрегата, потоки азота в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов сжимают до различных значений давления, таким образом, нет необходимости согласовывать работу компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов. Затем потоки азота охлаждают в отдельных охладителях после компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов, далее потоки азота подают в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат, охлажденные в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате потоки азота, каждый с различной температурой и давлением выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата и направляют в детандерные ступени турбодетандер-компрессорных агрегатов на расширение. Т. е. каждый турбодетандер-компрессорный агрегат работает в отдельном контуре, что повышает эффективность каждого из двух турбодетандер-компрессорных агрегатов и способствует снижению удельных энергозатрат на производство сжиженного природного газа, а также приводит к упрощению процесса управления установкой сжижения природного газа, так как нет необходимости согласовывать работу компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов, а потоки азота в компрессорных ступенях сжимаются до различных значений давления.In the proposed method, the nitrogen stream compressed in the circulating compressor and cooled in the cooler is divided into two streams, the first stream is sent to a separate circuit of the first turboexpander-compressor unit, the second nitrogen stream is sent for additional compression to the booster compressor, cooled in a separate cooler and sent to additional compression in a separate circuit of the second turbo-expander-compressor unit, nitrogen flows in the compressor stages of the turbo-expander-compressor units are compressed to different pressure values, thus, there is no need to coordinate the operation of the compressor stages of the turbo-expander-compressor units. Then the nitrogen streams are cooled in separate coolers after the compressor stages of the turbo-expander-compressor units, then the nitrogen streams are fed into the plate-fin heat exchanger, the nitrogen streams cooled in the plate-fin heat exchanger, each with different temperature and pressure, are removed from the plate-fin heat exchanger and sent to the expander stages of the turbo-expander-compressor units for expansion. That is, each turbo-expander-compressor unit operates in a separate circuit, which increases the efficiency of each of the two turbo-expander-compressor units and helps to reduce specific energy consumption for the production of liquefied natural gas, and also leads to a simplification of the control process of the natural gas liquefaction plant, since there is no the need to coordinate the operation of the compressor stages of the turboexpander-compressor units, and the nitrogen flows in the compressor stages are compressed to different pressure values.

Сжатый до давления 3.7÷4.0 МПа абсолютных в циркуляционном компрессоре 5 азот охлаждают в охладителе 6 и разделяют на два потока, первый поток направляют в контур турбодетандер-компрессорного агрегата 7 на дополнительное сжатие в компрессорной ступени, охлаждают в охладителе 9 и направляют в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат 2. Второй поток направляют на сжатие в дожимающий компрессор 12, охлаждают в охладителе 13 и направляют в контур турбодетандер-компрессорного агрегата 8 на дополнительное сжатие в компрессорной ступени, охлаждают в охладителе 10 и направляют в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат 2. Сжатые до различных значений давления в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8 потоки азота исключают необходимость согласовывать работу компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8 и, соответственно, повышается эффективность каждого из двух турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8, это способствует снижению удельных энергозатрат на производство сжиженного природного газа, а также упрощает процесс управления установкой. Отдельные потоки азота после охладителей 9 и 10, каждый с различным значением давлений, охлаждают в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате 2 до различных значений температуры. Охлажденные в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате 2 потоки азота, каждый с различной температурой и давлением выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата 2 и направляют в детандерные ступени турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8 на расширение. После расширения в детандерных ступенях, с использованием выделившейся энергии расширения азота для повышения давления азота в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов, холодные потоки азота низкого давления возвращают в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат 2 для теплообмена с потоком сжижаемого природного газа и потоками азота высокого давления, поступающими из охладителей азота 9 и 10 после компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8 и объединяют их в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате. Объединенный поток азота выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата 2 и направляют на вход в циркуляционный компрессор 5.Compressed to a pressure of 3.7 ÷ 4.0 MPa absolute in the circulating compressor 5, nitrogen is cooled in the cooler 6 and divided into two streams, the first stream is sent to the circuit of the turboexpander-compressor unit 7 for additional compression in the compressor stage, cooled in the cooler 9 and sent to the plate-finned heat exchanger 2. The second flow is sent for compression to the booster compressor 12, cooled in the cooler 13 and sent to the circuit of the turboexpander-compressor unit 8 for additional compression in the compressor stage, cooled in the cooler 10 and sent to the plate-fin heat exchanger 2. Compressed to different pressures in the compressor stages of the turboexpander-compressor units 7 and 8, nitrogen flows eliminate the need to coordinate the operation of the compressor stages of the turboexpander-compressor units 7 and 8 and, accordingly, the efficiency of each of the two turboexpander-compressor units 7 and 8 increases, this helps to reduce the specific energy costs for the production of liquefied natural gas, and also simplifies the plant management process. Separate nitrogen streams after coolers 9 and 10, each with a different pressure value, are cooled in a plate-fin heat exchanger 2 to different temperatures. The nitrogen streams cooled in the plate-fin heat exchanger 2, each with different temperature and pressure, are removed from the plate-fin heat exchanger 2 and sent to the expander stages of the turbo-expander-compressor units 7 and 8 for expansion. After expansion in the expander stages, using the released nitrogen expansion energy to increase the nitrogen pressure in the compressor stages of the turboexpander-compressor units, cold low-pressure nitrogen flows are returned to the plate-fin heat exchanger 2 for heat exchange with the liquefied natural gas flow and high-pressure nitrogen flows, coming from the nitrogen coolers 9 and 10 after the compressor stages of the turbo-expander-compressor units 7 and 8 and combine them in a plate-fin heat exchanger. The combined nitrogen flow is removed from the plate-fin heat exchanger 2 and directed to the inlet to the circulation compressor 5.

Реализации способа сжижения природного газа по фиг. 3.Implementations of the natural gas liquefaction process according to FIG. 3.

Природный газ высокого давления поступает в блок комплексной очистки и осушки 1, далее, очищенный от углекислого газа до остаточного содержания 50 ррm и осушенный от паров воды до остаточного содержания 1 ррm, природный газ поступает в блок ожижения 11, состоящий из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата 2, сепаратора 3 и дросселирующего клапана 4. Природный газ в блоке ожижения 11 направляют в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат 2, в котором поток природного газа охлаждают до температуры 200÷230 К. Образовавшийся парожидкостной (двухфазный) поток выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата 2 и направляют в сепаратор 3. В сепараторе 3 данный поток разделяется на газ и жидкую фракцию. Жидкую фракцию тяжелых углеводородов из сепаратора 3 выводят из блока ожижения 11 на утилизацию, а газ из сепаратора 3 возвращают в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат 2, в котором осуществляют дальнейшее охлаждение и ожижение потока природного газа и переохлаждение сжиженного природного газа. Затем поток сжиженного природного газа выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата 2, дросселируют с помощью клапана 4 до давления 0.3 МПа абсолютных, и далее выводят из блока ожижения 11 и направляют в систему хранения сжиженного природного газа. Охлаждение, ожижение природного газа и переохлаждение сжиженного природного газа в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате 2 осуществляется посредством внешнего замкнутого азотно-детандерного цикла.High-pressure natural gas enters the complex cleaning and drying unit 1, then, purified from carbon dioxide to a residual content of 50 ppm and dried from water vapor to a residual content of 1 ppm, natural gas enters the liquefaction unit 11, consisting of a plate-fin heat exchanger 2, separator 3 and throttling valve 4. Natural gas in the liquefaction unit 11 is sent to a plate-fin heat exchanger 2, in which the natural gas flow is cooled to a temperature of 200÷230 K. The resulting vapor-liquid (two-phase) flow is removed from the plate-fin heat exchanger 2 and sent to separator 3. In separator 3, this stream is separated into gas and liquid fraction. The liquid fraction of heavy hydrocarbons from the separator 3 is removed from the liquefaction unit 11 for disposal, and the gas from the separator 3 is returned to the plate-fin heat exchanger 2, in which the natural gas stream is further cooled and liquefied and the liquefied natural gas is supercooled. Then the flow of liquefied natural gas is removed from the plate-fin heat exchanger 2, throttled using valve 4 to a pressure of 0.3 MPa absolute, and then removed from the liquefaction unit 11 and sent to the liquefied natural gas storage system. Cooling, liquefaction of natural gas and subcooling of liquefied natural gas in the plate-fin heat exchanger 2 is carried out by means of an external closed nitrogen-expander cycle.

В предлагаемом способе поток азота, сжатый в циркуляционном компрессоре и охлажденный в охладителе, разделяют на два потока и направляют в отдельные контуры турбодетандер-компрессорных агрегатов, потоки азота в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов сжимают до различных значений давления, таким образом, нет необходимости согласовывать работу компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов. Затем потоки азота охлаждают в отдельных охладителях после компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов, далее потоки азота подают в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат, охлажденные в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате потоки азота, каждый с различной температурой и давлением выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата и направляют в детандерные ступени турбодетандер-компрессорных агрегатов на расширение. Т. е. каждый турбодетандер-компрессорный агрегат работает в отдельном контуре, что повышает эффективность каждого из двух турбодетандер-компрессорных агрегатов и способствует снижению удельных энергозатрат на производство сжиженного природного газа, а также приводит к упрощению процесса управления установкой сжижения природного газа, так как нет необходимости согласовывать работу компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов, а потоки азота в компрессорных ступенях сжимаются до различных значений давления.In the proposed method, the nitrogen stream compressed in the circulating compressor and cooled in the cooler is divided into two streams and sent to separate circuits of the turboexpander-compressor units, the nitrogen flows in the compressor stages of the turboexpander-compressor units are compressed to different pressure values, thus, there is no need to coordinate operation of the compressor stages of turboexpander-compressor units. Then the nitrogen streams are cooled in separate coolers after the compressor stages of the turbo-expander-compressor units, then the nitrogen streams are fed into the plate-fin heat exchanger, the nitrogen streams cooled in the plate-fin heat exchanger, each with different temperature and pressure, are removed from the plate-fin heat exchanger and sent to the expander stages of the turbo-expander-compressor units for expansion. That is, each turbo-expander-compressor unit operates in a separate circuit, which increases the efficiency of each of the two turbo-expander-compressor units and helps to reduce specific energy consumption for the production of liquefied natural gas, and also leads to a simplification of the control process of the natural gas liquefaction plant, since there is no the need to coordinate the operation of the compressor stages of the turboexpander-compressor units, and the nitrogen flows in the compressor stages are compressed to different pressure values.

Поток азота, после расширения в детандерной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата 8, затем нагретый в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате 2, подают в дожимающий компрессор 12 для повышения давления, далее, данный поток азота охлаждают в охладителе 13 и объединяют с потоком азота, нагретым в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате 2 после расширения в детандерной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата 7. Далее объединенный поток азота направляют в циркуляционный компрессор 5 для сжатия до давления 3.7÷4.0 МПа абсолютных, охлаждают в охладителе 6 и разделяют на два потока, каждый поток направляют в отдельный контур турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8 на дополнительное сжатие в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8. Сжатые до различных значений давления в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8 потоки азота исключают необходимость согласовывать работу компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8 и, соответственно, повышается эффективность каждого из двух турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8, это способствует снижению удельных энергозатрат на производство сжиженного природного газа, а также упрощает процесс управления установкой. Далее потоки азота охлаждают в охладителях 9 и 10. Отдельные потоки азота, каждый с различным значением давлений, направляют в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат 2, в котором каждый из двух потоков азота охлаждают до различных значений температуры. Охлажденные в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате 2 потоки азота, каждый с различной температурой и давлением выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата 2 и направляют в детандерные ступени турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8 на расширение. После расширения в детандерных ступенях, с использованием выделившейся энергии расширения азота для повышения давления азота в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов, холодные потоки азота низкого давления возвращают в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат 2 для теплообмена с потоком сжижаемого природного газа и потоками азота высокого давления, поступающими из охладителей азота 9 и 10 после компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов 7 и 8. Далее нагретый в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате 2 поток азота после детандерной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата 8 направляют на сжатие в дожимающий компрессор 12, охлаждают в охладителе 13, объединяют с потоком азота, нагретом в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате 2 после детандерной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата 7, и объединенный поток азота направляют на вход в циркуляционный компрессор 5.The nitrogen stream, after expansion in the expander stage of the turbo-expander-compressor unit 8, then heated in the plate-fin heat exchanger 2, is fed into the booster compressor 12 to increase the pressure, then this nitrogen stream is cooled in the cooler 13 and combined with the nitrogen stream heated in plate-fin heat exchanger 2 after expansion in the expander stage of the turbo-expander-compressor unit 7. Next, the combined nitrogen flow is sent to the circulation compressor 5 for compression to a pressure of 3.7÷4.0 MPa absolute, cooled in the cooler 6 and divided into two streams, each stream is sent to a separate circuit of turboexpander-compressor units 7 and 8 for additional compression in the compressor stages of turboexpander-compressor units 7 and 8. Nitrogen flows compressed to different pressures in the compressor stages of turboexpander-compressor units 7 and 8 eliminate the need to coordinate the operation of the compressor stages of the turboexpander-compresso 7 and 8 and, accordingly, the efficiency of each of the two turbo-expander-compressor units 7 and 8 increases, this helps to reduce the specific energy consumption for the production of liquefied natural gas, and also simplifies the plant control process. Next, the nitrogen streams are cooled in coolers 9 and 10. Separate nitrogen streams, each with a different pressure value, are sent to a plate-fin heat exchanger 2, in which each of the two nitrogen streams is cooled to different temperatures. The nitrogen streams cooled in the plate-fin heat exchanger 2, each with different temperature and pressure, are removed from the plate-fin heat exchanger 2 and sent to the expander stages of the turbo-expander-compressor units 7 and 8 for expansion. After expansion in the expander stages, using the released nitrogen expansion energy to increase the nitrogen pressure in the compressor stages of the turboexpander-compressor units, cold low-pressure nitrogen flows are returned to the plate-fin heat exchanger 2 for heat exchange with the liquefied natural gas flow and high-pressure nitrogen flows, coming from the nitrogen coolers 9 and 10 after the compressor stages of the turbo-expander-compressor units 7 and 8. Next, the nitrogen flow heated in the plate-fin heat exchanger 2 after the expander stage of the turbo-expander-compressor unit 8 is sent for compression to the booster compressor 12, cooled in the cooler 13, combined with the nitrogen flow heated in the plate-fin heat exchanger 2 after the expander stage of the turbo-expander-compressor unit 7, and the combined nitrogen flow is sent to the inlet to the circulation compressor 5.

Проведен расчетный анализ схем реализации способа сжижения природного газа по фиг. 1 (1 вариант), фиг. 2 (2 вариант) и фиг. 3 (3 вариант).A computational analysis of the schemes for implementing the method of liquefying natural gas according to FIG. 1 (variant 1), fig. 2 (variant 2) and FIG. 3 (3rd option).

Техническим результатом во всех вариантах является снижение удельных энергозатрат на производство сжиженного природного газа и упрощение процесса управления установкой сжижения природного газа. В 2 и 3 вариантах добавлен дожимающий компрессор, который может быть, как на высоком давлении (2 вариант), повышающий давление азота перед подачей в компрессорную ступень второго турбодетандер-компрессорного агрегата, так и на низком давлении (3 вариант), повышающий давление азота после расширения в детандерной ступени второго турбодетандер-компрессорного агрегата перед подачей в циркуляционный компрессор.The technical result in all variants is to reduce the specific energy consumption for the production of liquefied natural gas and to simplify the control process of the natural gas liquefaction plant. In options 2 and 3, a booster compressor is added, which can be either at high pressure (option 2), which increases the nitrogen pressure before it is fed into the compressor stage of the second turboexpander-compressor unit, or at low pressure (option 3), which increases the nitrogen pressure after expansion in the expander stage of the second turbo-expander-compressor unit before being fed into the circulation compressor.

Значение удельных энергозатрат одинаковы для всех трех вариантов.The value of specific energy consumption is the same for all three options.

В предлагаемых способах по 1 варианту и 3 варианту поток азота, сжатый в циркуляционном компрессоре и охлажденный в охладителе, разделяют на два потока и направляют в отдельные контуры турбодетандер-компрессорных агрегатов, в способе по 2 варианту поток азота, сжатый в циркуляционном компрессоре и охлажденный в охладителе, разделяют на два потока, первый поток направляют в отдельный контур первого турбодетандер-компрессорного агрегата, второй поток азота направляют на дополнительное сжатие в дожимающий компрессор, охлаждают в отдельном охладителе и направляют на дополнительное сжатие в отдельный контур второго турбодетандер-компрессорного агрегата, далее в способах по 1 варианту, 2 варианту, 3 варианту потоки азота в компрессорных ступенях турбодетандер-компрессорных агрегатов сжимают до различных значений давления, таким образом, нет необходимости согласовывать работу компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов. Затем потоки азота охлаждают в отдельных охладителях после компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов, далее потоки азота подают в пластинчато-ребристый теплообменный аппарат, охлажденные в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате потоки азота, каждый с различной температурой и давлением выводят из пластинчато-ребристого теплообменного аппарата и направляют в детандерные ступени турбодетандер-компрессорных агрегатов на расширение. Т.е. каждый турбодетандер-компрессорный агрегат работает в отдельном контуре, что повышает эффективность каждого из двух турбодетандер-компрессорных агрегатов и способствует снижению удельных энергозатрат на производство сжиженного природного газа, а также приводит к упрощению процесса управления установкой сжижения природного газа, так как нет необходимости согласовывать работу компрессорных ступеней турбодетандер-компрессорных агрегатов, а потоки азота в компрессорных ступенях сжимаются до различных значений давлений.In the proposed methods according to variant 1 and variant 3, the nitrogen flow compressed in the circulating compressor and cooled in the cooler is divided into two streams and sent to separate circuits of the turbo-expander-compressor units, in the method according to variant 2, the nitrogen flow compressed in the circulating compressor and cooled in cooler, divided into two streams, the first stream is sent to a separate circuit of the first turboexpander-compressor unit, the second nitrogen stream is sent for additional compression to the booster compressor, cooled in a separate cooler and sent for additional compression to a separate circuit of the second turboexpander-compressor unit, then to In the methods according to variant 1, variant 2, variant 3, nitrogen flows in the compressor stages of the turboexpander-compressor units are compressed to different pressure values, thus, there is no need to coordinate the operation of the compressor stages of the turboexpander-compressor units. Then the nitrogen streams are cooled in separate coolers after the compressor stages of the turbo-expander-compressor units, then the nitrogen streams are fed into the plate-fin heat exchanger, the nitrogen streams cooled in the plate-fin heat exchanger, each with different temperature and pressure, are removed from the plate-fin heat exchanger and sent to the expander stages of the turbo-expander-compressor units for expansion. Those. each turbo-expander-compressor unit operates in a separate circuit, which increases the efficiency of each of the two turbo-expander-compressor units and helps to reduce specific energy consumption for the production of liquefied natural gas, and also leads to a simplification of the control process of the natural gas liquefaction plant, since there is no need to coordinate the operation of compressor stages of turboexpander-compressor units, and nitrogen flows in the compressor stages are compressed to different pressures.

Расчетные параметры для 1, 2 и 3 вариантов способа сжижения природного газа приведены в таблице 1 (Расчетные параметры удельных энергозатрат на производство СПГ в различных способах сжижения природного газа).The calculated parameters for options 1, 2 and 3 of the natural gas liquefaction method are shown in Table 1 (Calculated parameters of specific energy consumption for LNG production in various natural gas liquefaction methods).

Claims

1. A method for liquefying natural gas, including purification and drying of the source natural gas by means of a complex purification and drying unit, cooling in a plate-and-fin heat exchanger, characterized in that a two-phase flow is formed in the plate-and-fin heat exchanger, which is removed from the plate-and-fin heat exchanger. finned heat exchanger and separated into gas and liquid fraction in the separator, the liquid fraction of heavy hydrocarbons is sent for recycling, the gas is returned from the separator to the plate-fin heat exchanger for its liquefaction and supercooling to produce liquefied natural gas by means of an external closed nitrogen-expander cycle, in in which nitrogen is compressed in a circulating compressor, cooled in a nitrogen cooler after the circulating compressor, the nitrogen stream is divided into two streams, and each nitrogen stream is additionally compressed to different pressures in the compressor stages of the first and second turbo-expander-compressor units, then each nitrogen stream is cooled in coolers and the cooled nitrogen streams are fed into the plate-fin heat exchanger, in which nitrogen streams with different pressure values are cooled to different temperatures, nitrogen streams with different pressures and temperatures are removed from the plate-fin heat exchanger and are sent for expansion into the expander stages of the turbo-expander-compressor units using the released energy of nitrogen expansion to increase the nitrogen pressure in the compressor stages of the turbo-expander-compressor units, then cold flows of low-pressure nitrogen are sent after the expander stages of the turbo-expander-compressor units to a plate-fin heat exchanger for heat exchange with a flow of liquefied natural gas and high-pressure nitrogen flows coming from nitrogen coolers after the compressor stages of turbo-expander-compressor units, in a plate-fin heat exchanger, nitrogen flows are combined and removed by the combined flow of nitrogen from the plate-fin heat exchanger and sent to the inlet to the circulation compressor.

2. A method for liquefying natural gas, which includes purification and drying of the original natural gas by means of a complex purification and drying unit, cooling in a plate-fin heat exchanger, characterized in that a two-phase flow is formed in the plate-fin heat exchanger, which is removed from the plate-fin heat exchanger. finned heat exchanger and separated into gas and liquid fraction in the separator, the liquid fraction of heavy hydrocarbons is sent for recycling, the gas is returned from the separator to the plate-fin heat exchanger for its liquefaction and supercooling to produce liquefied natural gas by means of an external closed nitrogen-expander cycle, in in which nitrogen is compressed in a circulating compressor, cooled in a nitrogen cooler after the circulating compressor, the nitrogen flow is divided into two flows, the first nitrogen flow is sent for additional compression to the compressor stage of the first turbo-expander-compressor unit, cooled in the cooler body of nitrogen and the cooled first nitrogen stream is fed into the plate-fin heat exchanger, and the second nitrogen stream is sent to the booster compressor to increase the pressure and cooled in the nitrogen cooler and the second nitrogen stream is sent for further compression to the compressor stage of the second turbo-expander-compressor unit, then the second the nitrogen flow is cooled in the nitrogen cooler and the second cooled nitrogen flow is fed into the plate-fin heat exchanger, in which nitrogen flows with different pressures are cooled to different temperatures, nitrogen flows with different pressures and temperatures are removed from the plate-fin heat exchanger and directed to expansion into the expander stages of turbo-expander-compressor units using the released energy of nitrogen expansion to increase the nitrogen pressure in the compressor stages of the turbo-expander-compressor units, then cold low-pressure nitrogen flows are sent after the expander stages turbo-expander-compressor units into a plate-fin heat exchanger for heat exchange with a stream of liquefied natural gas and high-pressure nitrogen flows coming from nitrogen coolers after the compressor stages of turbo-expander-compressor units, in a plate-fin heat exchanger, nitrogen flows are combined and removed by a combined nitrogen flow from plate-fin heat exchanger and sent to the inlet to the circulation compressor.

3. A method for liquefying natural gas, which includes purification and drying of the source natural gas by means of a complex purification and drying unit, cooling in a plate-fin heat exchanger, characterized in that a two-phase flow is formed in the plate-fin heat exchanger, which is removed from the plate-fin heat exchanger. finned heat exchanger and separated into gas and liquid fraction in the separator, the liquid fraction of heavy hydrocarbons is sent for recycling, the gas is returned from the separator to the plate-fin heat exchanger for its liquefaction and supercooling to produce liquefied natural gas by means of an external closed nitrogen-expander cycle, in which compresses the nitrogen stream heated in the plate-fin heat exchanger after expansion in the expander stage of the second turbo-expander-compressor unit in the booster compressor, cools this nitrogen stream in the cooler and combines it with the nitrogen stream heated in the plate-fins after expansion in the expander stage of the first turbo-expander-compressor unit, then the combined nitrogen flow is sent to the circulation compressor to increase the pressure, the combined nitrogen flow is cooled in the cooler after the circulation compressor, the nitrogen flow is divided into two flows, and each nitrogen flow is additionally compressed to different pressure values in the compressor stages of the first and second turboexpander-compressor units, then each nitrogen stream is cooled in the coolers and the cooled nitrogen streams are supplied to the plate-fin heat exchanger, in which nitrogen streams with different pressure values are cooled to different temperatures, nitrogen streams with various pressures and temperatures are removed from the plate-fin heat exchanger and sent for expansion into the expander stages of turbo-expander-compressor units using the released energy of nitrogen expansion to increase the pressure of the gas from the compressor stages of the turboexpander-compressor units, then cold flows of low-pressure nitrogen are sent after the expander stages of the turboexpander-compressor units to a plate-fin heat exchanger for heat exchange with the flow of liquefied natural gas and high-pressure nitrogen flows coming from the nitrogen coolers after the compressor stages of the turboexpander -compressor units, then the nitrogen flow heated in the plate-fin heat exchanger is sent after the expander stage of the second turbo-expander-compressor unit to the booster compressor, then this flow is cooled in the cooler and combined with the nitrogen flow heated in the plate-fin heat exchanger after expansion in the expander stages of the first turbo-expander-compressor unit, and direct the combined flow of nitrogen to the inlet to the circulation compressor.