RU2797608C1 - Natural gas liquefaction method “arctic mix” - Google Patents
Natural gas liquefaction method “arctic mix” Download PDFInfo
- Publication number
- RU2797608C1 RU2797608C1 RU2023103701A RU2023103701A RU2797608C1 RU 2797608 C1 RU2797608 C1 RU 2797608C1 RU 2023103701 A RU2023103701 A RU 2023103701A RU 2023103701 A RU2023103701 A RU 2023103701A RU 2797608 C1 RU2797608 C1 RU 2797608C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- mixed refrigerant
- pressure
- natural gas
- cooled
- refrigerant
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к технологиям сжижения природного газа для дальнейшей его перевозки речным или морским транспортом.The invention relates to technologies for liquefying natural gas for its further transportation by river or sea transport.
Известно множество способов сжижения природного газа и установок для их осуществления, преимущественно основанных на отводе теплоты внешним хладагентом.There are many methods for liquefying natural gas and installations for their implementation, mainly based on the removal of heat by an external refrigerant.
Известна технология сжижения природного газа (EP 3299757 B1, опубл. 19.06.2019), которая заключается в том, что предварительно подготовленный природный газ ступенчато охлаждают потоком смешанного холодильного агента в спиральновитом теплообменном аппарате и расширяют с образованием СПГ. Смешанный хладагент компримируют, частично конденсируют с помощью аппарата воздушного охлаждения и подают в сепаратор, в котором происходит его разделение на жидкую и газообразные фазы, далее смешанный холодильный агент подают отдельными потоками в спиральновитой теплообменный аппарат. Жидкий смешанный хладагент переохлаждают в спиральновитом теплообменном аппарате за счет кипения смешанного хладагента низкого давления и изоэнтальпийно расширяют на клапане Джоуля - Томсона. Газообразный смешанный хладагент частично конденсируют в спиральновитом теплообменном аппарате и разделяют в сепараторе на жидкую и газообразную фазы. Жидкий смешанный хладагент переохлаждают, а газообразный смешанный хладагент конденсируют в теплообменном аппарате за счет кипения смешанного хладагента низкого давления.A technology for liquefying natural gas is known (EP 3299757 B1, publ. 06/19/2019), which consists in the fact that pre-treated natural gas is cooled stepwise by a mixed refrigerant flow in a spiral heat exchanger and expanded to form LNG. The mixed refrigerant is compressed, partially condensed using an air cooler and fed into a separator, in which it is separated into liquid and gaseous phases, then the mixed refrigerant is fed in separate streams to a spiral heat exchanger. The liquid mixed refrigerant is supercooled in a spiral heat exchanger by boiling the low pressure mixed refrigerant and isoenthalpically expanded on a Joule-Thomson valve. The gaseous mixed refrigerant is partially condensed in a spiral heat exchanger and separated into liquid and gaseous phases in a separator. The liquid mixed refrigerant is subcooled, and the gaseous mixed refrigerant is condensed in the heat exchanger by boiling the low pressure mixed refrigerant.
Недостатком данной технологии является ограниченная производительность по продукту - сжиженному природному газу вследствие пропорционального увеличения компрессорных ступеней и ограниченности их размеров, а также низкая энергоэффективность за счет использования одного контура смешанного хладагента.The disadvantage of this technology is the limited capacity for the product - liquefied natural gas due to a proportional increase in compressor stages and limited sizes, as well as low energy efficiency due to the use of a single mixed refrigerant circuit.
Кроме того, известно множество изобретений, например, RU 2 706892 C2, решающих проблему пуска теплообменного оборудования технологии сжижения газа на смешанных хладагентах, связанную с неполной конденсацией потока смешанного хладагента в пространстве теплообменника в начальный момент пуска, что приводит к увеличению времени пуска установки и выхода ее на режим, а также вызывает вибрации в оборудовании, снижая его надежность.In addition, many inventions are known, for example, RU 2 706892 C2, solving the problem of starting heat exchange equipment for gas liquefaction technology on mixed refrigerants, associated with incomplete condensation of the mixed refrigerant flow in the heat exchanger space at the initial start-up, which leads to an increase in the start-up time of the installation and the output it on the mode, and also causes vibrations in the equipment, reducing its reliability.
Известен способ сжижения природного газа (DE 19716415 С1, опубл. 22.10.1998), который заключается в том, что не обязательно подготовленный природный газ ступенчато охлаждают потоками холодильных агентов в образующих каскад циклах с тремя смесями холодильных агентов теплообменных аппаратах и расширяют с образованием СПГ. В первом цикле происходит предварительное охлаждение природного газа, конденсация второго холодильного агента и частичная конденсация третьего холодильного агента за счет кипения первого холодильного агента. Во втором цикле происходит сжижение природного газа и конденсация третьего холодильного агента за счет кипения второго холодильного агента. В третьем цикле происходит переохлаждение природного газа за счет кипения третьего холодильного агента. Первый холодильный агент компримируют, охлаждают и конденсируют в первом цикле и изоэнтальпийно расширяют на клапане Джоуля - Томсона. Второй холодильный агент компримируют, конденсируют в первом цикле, переохлаждают во втором холодильном цикле и изоэнтальпийно расширяют на клапане Джоуля - Томсона. Третий холодильный агент частично конденсируют в первом холодильном цикле, конденсируют во втором холодильном цикле, переохлаждают в третьем холодильном цикле и изоэнтальпийно расширяют на клапане Джоуля - Томсона.A method is known for liquefying natural gas (DE 19716415 C1, publ. 10/22/1998), which consists in the fact that optionally prepared natural gas is cooled stepwise by refrigerant flows in heat exchangers forming a cascade cycles with three mixtures of refrigerants and expanded with the formation of LNG. The first cycle pre-cools the natural gas, condenses the second refrigerant, and partially condenses the third refrigerant by boiling the first refrigerant. The second cycle liquefies the natural gas and condenses the third refrigerant by boiling the second refrigerant. In the third cycle, the natural gas is supercooled due to the boiling of the third refrigerant. The first refrigerant is compressed, cooled and condensed in the first cycle and isoenthalpy expanded on the Joule-Thomson valve. The second refrigerant is compressed, condensed in the first cycle, supercooled in the second refrigeration cycle and isoenthalpically expanded on a Joule-Thomson valve. The third refrigerant is partially condensed in the first refrigeration cycle, condensed in the second refrigeration cycle, supercooled in the third refrigeration cycle, and expanded isoenthalpically on the Joule-Thomson valve.
Недостатком данного способа является осуществление конденсации второго холодильного агента в первом теплообменнике первого холодильного цикла, а также частичная конденсация третьего холодильного агента в первом и втором холодильных циклах, что приводит к наличию двухфазного потока в теплообменном оборудовании, вибраций и, как следствие, снижению надежности установки и усложнению управления процессом.The disadvantage of this method is the implementation of the condensation of the second refrigerant in the first heat exchanger of the first refrigeration cycle, as well as partial condensation of the third refrigerant in the first and second refrigeration cycles, which leads to the presence of a two-phase flow in the heat exchange equipment, vibrations and, as a result, a decrease in the reliability of the installation and complicate process control.
Наиболее близким к предложенному способу является принятый за прототип способ сжижения природного газа, по которому природный газ охлаждают и сжижают в трех холодильных контурах (RU 2698565 C2, опубл. 28.08.2019). Подготовленный природный газ компримируют, снимают теплоту компримирования и охлаждают тремя контурами смешанных холодильных агентов, снижают давление охлажденного газа с образованием парожидкостной смеси и отводят сжиженный газ, а в каждом контуре смешанный хладагент компримируют, снимают теплоту компримирования, переохлаждают, расширяют с получением в каждом контуре смешанного хладагента низкого давления и используют для охлаждения природного газа, при этом в первом контуре первый смешанный хладагент переохлаждают за счет испарения первого смешанного хладагента низкого давления, во втором контуре второй смешанный хладагент охлаждают также за счет испарения первого смешанного хладагента низкого давления и переохлаждают за счет испарения второго смешанного хладагента низкого давления, а в третьем контуре третий смешанный хладагент охлаждают за счет испарения второго смешанного хладагента низкого давления и переохлаждают за счет испарения третьего смешанного хладагента низкого давления.Closest to the proposed method is the natural gas liquefaction method adopted as a prototype, according to which natural gas is cooled and liquefied in three refrigeration circuits (RU 2698565 C2, publ. 28.08.2019). The prepared natural gas is compressed, the heat of compression is removed and cooled by three circuits of mixed refrigerants, the pressure of the cooled gas is reduced to form a vapor-liquid mixture and the liquefied gas is removed, and in each circuit the mixed refrigerant is compressed, the heat of compression is removed, supercooled, expanded to obtain a mixed refrigerant in each circuit low-pressure refrigerant and is used for cooling natural gas, while in the first circuit the first mixed refrigerant is supercooled due to the evaporation of the first low-pressure mixed refrigerant, in the second circuit the second mixed refrigerant is also cooled due to the evaporation of the first low-pressure mixed refrigerant and is supercooled due to the evaporation of the second the low pressure mixed refrigerant, and in the third loop, the third mixed refrigerant is cooled by evaporating the second low pressure mixed refrigerant and subcooled by evaporating the third low pressure mixed refrigerant.
Установка для осуществления данного способа, принятая за прототип (описана там же), содержит линию охлаждения природного газа, включающую по компрессор природного газа, первый аппарат воздушного охлаждения и теплообменные пространства первой, второй и третьей ступеней охлаждения природного газа соответственно первого второго и третьего многопоточных теплообменников, первое средство понижения давления и сепаратор, а также контуры первого, второго и третьего смешанных хладагентов, при этом контур первого смешанного хладагента включает последовательно соединенные компрессор первого смешанного хладагента, второй аппарат воздушного или водяного охлаждения, первую сборную емкость, теплообменное пространство переохлаждения первого многопоточного теплообменника, второе средство понижения давления (редукционный клапан) и теплообменное пространство испарения первого многопоточного теплообменника, контур второго смешанного хладагента включает последовательно соединенные компрессор второго смешанного хладагента, третий аппарат воздушного охлаждения, вторую сборную емкость, теплообменное пространство охлаждения первого многопоточного теплообменника, теплообменное пространство переохлаждения второго многопоточного теплообменника, третье средство понижения давления (редукционный клапан) и теплообменное пространство испарения второго многопоточного теплообменника, контур третьего смешанного хладагента включает последовательно соединенные два компрессора третьего смешанного хладагента, после каждого из которых установлен четвертый и пятый аппарат воздушного охлаждения соответственно, теплообменное пространство охлаждения второго многопоточного теплообменника, третья сборная емкость, теплообменное пространство переохлаждения третьего многопоточного теплообменника, четвертое средство понижения давления и теплообменное пространство испарения третьего многопоточного теплообменника.The installation for implementing this method, adopted as a prototype (described there), contains a natural gas cooling line, including a natural gas compressor, a first air cooler and heat exchange spaces of the first, second and third stages of natural gas cooling, respectively, the first second and third multi-flow heat exchangers , the first pressure reducing means and the separator, as well as the circuits of the first, second and third mixed refrigerants, while the first mixed refrigerant circuit includes a first mixed refrigerant compressor, a second air or water cooler, a first collection tank, a subcooling heat exchange space of the first multi-flow heat exchanger connected in series , the second means of reducing pressure (pressure reducing valve) and the heat exchange space for evaporation of the first multi-flow heat exchanger, the second mixed refrigerant circuit includes a compressor of the second mixed refrigerant connected in series, the third air cooler, the second collection tank, the heat exchange space for cooling the first multi-flow heat exchanger, the heat exchange space for subcooling the second multi-flow heat exchanger, the third means of reducing pressure (pressure reducing valve) and the heat exchange space of evaporation of the second multi-flow heat exchanger, the circuit of the third mixed refrigerant includes two compressors of the third mixed refrigerant connected in series, after each of which the fourth and fifth air coolers are installed, respectively, the heat exchange space for cooling the second multi-flow heat exchanger , a third collection vessel, a subcooling heat exchange space of the third multiflow heat exchanger, a fourth pressure reducing means, and an evaporation heat exchange space of the third multiflow heat exchanger.
В процессе осуществления способа и эксплуатации установки сжижения природного газа по прототипу возникающие нарушения равномерности расходов природного газа или смешанных хладагентов от проектных параметров вызывают отклонения проектных значений температурных сближений на концах теплообменных аппаратов в результате чего может произойти охлаждение потока природного газа до более низких температур. Данный эффект при неправильной организации процесса влечет за собой обратный теплообмен вследствие пересечения температур между потоком природного газа и смешанного хладагента. В результате возможна частичная конденсация испарившегося хладагента потоком природного газа. Сконденсированная часть хладагента при попадании в компрессор приводит к его поломке и аварии на установке. В случае если перед компрессорами предусмотрены сепараторы, сконденсировавшаяся часть отделяется в них и выводится с установки, что приводит к изменению состава хладагента, снижению энергоэффективности, необходимости переработки сконденсировавшегося хладагента (например, разделения на установке фракционирования) и необходимости его корректировки под значения оптимального состава.In the process of implementing the method and operating the natural gas liquefaction plant according to the prototype, the resulting violations of the uniformity of the flow rates of natural gas or mixed refrigerants from the design parameters cause deviations in the design values of temperature convergence at the ends of the heat exchangers, as a result of which the natural gas stream may be cooled to lower temperatures. This effect, when the process is not organized correctly, entails a reverse heat exchange due to the intersection of temperatures between the natural gas stream and the mixed refrigerant. As a result, partial condensation of the evaporated refrigerant by the natural gas stream is possible. The condensed part of the refrigerant, when it enters the compressor, leads to its breakdown and an accident at the installation. If separators are provided before the compressors, the condensed part is separated in them and removed from the unit, which leads to a change in the composition of the refrigerant, a decrease in energy efficiency, the need to process the condensed refrigerant (for example, separation in a fractionation unit) and the need to adjust it to the values of the optimal composition.
Техническая проблема, решаемая группой изобретений, заключается в уменьшении рисков аварийных ситуаций вследствие попадания сконденсированной части хладагента в компрессор.The technical problem solved by the group of inventions is to reduce the risk of accidents due to the ingress of the condensed part of the refrigerant into the compressor.
Техническая проблема решается способом сжижения природного газа, по которому подготовленный природный газ компримируют, снимают теплоту компримирования и охлаждают тремя контурами смешанных холодильных агентов, понижают давление охлажденного газа с образованием парожидкостной смеси и отводят сжиженный газ, а в каждом контуре смешанный хладагент компримируют, снимают теплоту компримирования, переохлаждают, понижают его давление с получением в каждом контуре смешанного хладагента низкого давления и используют для охлаждения природного газа, при этом в первом контуре первый смешанный хладагент переохлаждают за счет испарения первого смешанного хладагента низкого давления, во втором контуре второй смешанный хладагент охлаждают также за счет испарения первого смешанного хладагента низкого давления и переохлаждают за счет испарения второго смешанного хладагента низкого давления, а в третьем контуре третий смешанный хладагент охлаждают за счет испарения второго смешанного хладагента низкого давления и переохлаждают за счет испарения третьего смешанного хладагента низкого давления, при этом, согласно изобретению, температура конца кипения второго смешанного хладагента при давлении начала его компримирования ниже температуры первого смешанного хладагента после понижения его давления, а температура конца кипения третьего смешанного хладагента при давлении начала его компримирования ниже температуры второго смешанного хладагента после понижения его давления.The technical problem is solved by the natural gas liquefaction method, according to which the prepared natural gas is compressed, the heat of compression is removed and cooled by three circuits of mixed refrigerants, the pressure of the cooled gas is reduced to form a vapor-liquid mixture and the liquefied gas is removed, and in each circuit the mixed refrigerant is compressed, the heat of compression is removed , supercool, lower its pressure to obtain a low-pressure mixed refrigerant in each circuit and use it to cool natural gas, while in the first circuit the first mixed refrigerant is supercooled by evaporating the first low-pressure mixed refrigerant, in the second circuit the second mixed refrigerant is also cooled by evaporation of the first low pressure mixed refrigerant and subcooled due to the evaporation of the second low pressure mixed refrigerant, and in the third circuit the third mixed refrigerant is cooled due to the evaporation of the second low pressure mixed refrigerant and subcooled due to the evaporation of the third low pressure mixed refrigerant, while, according to the invention, the end point of boiling of the second mixed refrigerant at the start pressure of its compression is lower than the temperature of the first mixed refrigerant after its pressure is reduced, and the end point of boiling of the third mixed refrigerant at the start pressure of its compression is lower than the temperature of the second mixed refrigerant after its pressure is reduced.
Кроме того, для исключения образования двухфазных потоков в теплообменном пространстве после снятия теплоты компримирования первый и второй смешанные хладагенты полностью конденсируют.In addition, in order to avoid the formation of two-phase flows in the heat exchange space, after the heat of compression is removed, the first and second mixed refrigerants are completely condensed.
Кроме того, для предотвращения фазового перехода компримирование природного газа осуществляют до получения его сверхкритического состояния.In addition, to prevent a phase transition, the compression of natural gas is carried out until its supercritical state is obtained.
Кроме того, для предотвращения двухфазных потоков на входе в теплообменные аппараты компримирование третьего смешанного хладагента осуществляют до получения его сверхкритического состояния.In addition, to prevent two-phase flows at the inlet to the heat exchangers, the compression of the third mixed refrigerant is carried out until its supercritical state is obtained.
Кроме того, для снижения энергопотребления процесса после снятия теплоты компримирования третьего смешанного хладагента проводят его предварительное охлаждения за счет испарения первого смешанного хладагента низкого давления.In addition, in order to reduce the energy consumption of the process, after removing the heat of compression of the third mixed refrigerant, it is pre-cooled by evaporating the first low-pressure mixed refrigerant.
Кроме того, в качестве первого смешанного хладагента можно использовать смесь углеводородов, преимущественно состоящую из этана или этилена, пропана или пропилена и бутанов, в качестве второго смешанного хладагента можно использовать смесь углеводородов, преимущественно состоящую из метана, этана или этилена, пропана или пропилена, а качестве третьего смешанного хладагента можно использовать смесь, преимущественно состоящую из азота, метана и этана или этилена.In addition, a mixture of hydrocarbons mainly consisting of ethane or ethylene, propane or propylene and butanes can be used as the first mixed refrigerant, a mixture of hydrocarbons mainly consisting of methane, ethane or ethylene, propane or propylene can be used as the second mixed refrigerant, and as the third mixed refrigerant, a mixture predominantly composed of nitrogen, methane and ethane or ethylene can be used.
Кроме того, первый, второй и третий многопоточные теплообменники предпочтительно представляют собой спиральные или пластинчато-ребристые теплообменникиIn addition, the first, second and third multi-flow heat exchangers are preferably spiral or plate-fin heat exchangers.
Технический результат, достигаемый при использовании предложенного способа заключается в более стабильной работе установки за счет обеспечения температуры конца кипения хладагента ниже значения температуры смешанного хладагента предыдущего контура после его расширения (понижения давления), что приводит к невозможности охлаждения природного газа в предыдущем контуре сжижения до температур, соответствующих существованию смешанного хладагента в двухфазной области, ни при каких расходных или иных флуктуациях параметров технологического процесса.The technical result achieved by using the proposed method consists in more stable operation of the plant by providing the temperature of the end of the refrigerant boiling below the temperature of the mixed refrigerant of the previous circuit after its expansion (pressure reduction), which leads to the impossibility of cooling the natural gas in the previous liquefaction circuit to temperatures corresponding to the existence of a mixed refrigerant in the two-phase region, under no flow or other fluctuations in the process parameters.
На фиг. 1 показана схема исполнения установки для осуществления способа без предварительного охлаждения третьего смешанного хладагента.In FIG. 1 shows a schematic diagram of an installation for carrying out the method without pre-cooling the third mixed refrigerant.
На фиг. 2 - схема другого исполнения установки для осуществления способа с предварительным охлаждением третьего смешанного хладагента.In FIG. 2 is a diagram of another embodiment of a plant for carrying out the method with pre-cooling of the third mixed refrigerant.
Установка для сжижения природного газа, показанная на фиг. 1, содержит линию охлаждения природного газа и контуры первого, второго и третьего смешанного хладагента.The natural gas liquefaction plant shown in FIG. 1 includes a natural gas refrigeration line and first, second, and third mixed refrigerant circuits.
Линия охлаждения природного газа включает последовательно соединенные компрессор 1 природного газа, аппарат 2 или аппараты воздушного или водяного охлаждения, теплообменные пространства первой, второй и третьей ступеней охлаждения природного газа соответственно первого второго и третьего многопоточных теплообменников 3, 4, 5, первое средство 6 понижения давления и сепаратор 7. В качестве многопоточных теплообменников 3, 4, 5 целесообразно использовать спиральные или пластинчато-ребристые теплообменники.The natural gas cooling line includes a natural gas compressor 1 connected in series, an apparatus 2 or apparatuses for air or water cooling, heat exchange spaces of the first, second and third stages of natural gas cooling, respectively, of the first second and third
Контур первого смешанного хладагента включает последовательно соединенные по меньшей мере один компрессор 11 первого смешанного хладагента, по меньшей мере один аппарат 12 воздушного или водяного охлаждения, конденсатор 13 воздушного или водяного охлаждения, теплообменное пространство переохлаждения первого многопоточного теплообменника 3, второе средство 4 понижения давления и теплообменное пространство испарения первого многопоточного теплообменника 3.The first mixed refrigerant circuit includes at least one first mixed refrigerant compressor 11 connected in series, at least one air or water cooled
Контур второго смешанного хладагента включает последовательно соединенные по меньшей мере один компрессор 21 второго смешанного хладагента, по меньшей мере один аппарат 22 воздушного или водяного охлаждения, конденсатор 23 воздушного или водяного охлаждения, теплообменное пространство охлаждения первого многопоточного теплообменника 3, теплообменное пространство переохлаждения второго многопоточного теплообменника 4, третье средство 24 понижения давления и теплообменное пространство испарения второго многопоточного теплообменника 4.The second mixed refrigerant circuit includes at least one
Контур третьего смешанного хладагента включает последовательно соединенные по меньшей мере один компрессор 31 третьего смешанного хладагента, по меньшей мере один аппарат 32 воздушного или водяного охлаждения, теплообменное пространство охлаждения второго многопоточного теплообменника 4, теплообменное пространство переохлаждения третьего многопоточного теплообменника 5, четвертое средство 33 понижения давления и теплообменное пространство испарения третьего многопоточного теплообменника 5.The third mixed refrigerant circuit includes at least one third mixed
Установка для сжижения природного газа по фиг. 2 отличается от схемы на фиг. 1 тем, что в контур третьего смешанного хладагента между аппаратом 32 воздушного или водяного охлаждения включено теплообменное пространство предварительного охлаждения первого многопоточного теплообменника 3.The plant for liquefying natural gas according to FIG. 2 differs from the diagram in Fig. 1 in that the third mixed refrigerant circuit between the air or
В качестве приводов компрессора природного газа 1, компрессора 11 первого смешанного хладагента, компрессора 21 второго смешанного хладагента и компрессора 31 третьего смешанного хладагента могут применяться газотурбинные двигатели или электродвигатели, но не ограничиваясь ими, которые могут быть соединены с компрессорами посредством мультипликаторов (на схеме не показаны).As drives of the natural gas compressor 1, the compressor 11 of the first mixed refrigerant, the
Количество компрессоров 1 природного газа в случае недостаточности пропускной характеристики также может быть увеличено с параллельной установкой соответствующих компрессоров и аппарата воздушного или водяного охлаждения после каждого компрессора.The number of natural gas compressors 1 in case of insufficient throughput characteristics can also be increased with the parallel installation of appropriate compressors and an air or water cooler after each compressor.
Количество компрессоров 11, 21, 31 первого, второго и третьего смешанных хладагентов в случае недостаточности пропускной характеристики может быть увеличено с параллельной установкой соответствующих компрессоров и аппарата воздушного или водяного охлаждения после каждого компрессора.The number of
Конденсаторы 13, 23 воздушного или водяного охлаждения представляют собой теплообменные устройства, позволяющие осуществлять нормальное протекание процессов фазового перехода без возникновения газовых пробок, например, но не ограничиваясь, путем применения наклонных однозаходных теплообменных трубок.
Способ сжижения природного газа осуществляется следующим образом.The method of liquefying natural gas is carried out as follows.
Подготовленный к сжижению природный газ, очищенный от паров воды, углекислого газа и других загрязняющих примесей, поступает на компрессор 1 природного газа (или компрессоры), где его компримируют до давления порядка 8-10 МПа, далее его охлаждают за счет холода окружающей среды в аппарате 2 или аппаратах воздушного либо водяного охлаждения до температуры порядка +15-20° и направляют в теплообменное пространство первого многопоточного теплообменника 3 После первой ступени охлаждения газ с температурой порядка - минус 30 - минус 40° направляют в теплообменное пространство второго многопоточного теплообменника 4. После второй ступени охлаждения газ с температурой порядка минус 60 - минус 70° направляют в теплообменное пространство второго многопоточного теплообменника 5, где его охлаждают до температуры порядка минус 155 - минус 159°. Далее газ направляют на первое средство 6 понижения давления, в данном случае дроссель, где его давление снижают до 0,1 МПа с образованием парожидкостного потока и направляют в сепаратор 7 для разделения жидкой и газообразной фазы. Жидкая часть является сжиженным природным газом.Natural gas prepared for liquefaction, purified from water vapor, carbon dioxide and other contaminants, enters the natural gas compressor 1 (or compressors), where it is compressed to a pressure of about 8-10 MPa, then it is cooled due to the cold environment in the apparatus 2 or air or water cooling apparatus to a temperature of about +15-20° and is sent to the heat exchange space of the first multi-flow heat exchanger 3 cooling stage gas with a temperature of the order of minus 60 - minus 70° is sent to the heat exchange space of the second multiflow heat exchanger 5, where it is cooled to a temperature of the order of minus 155 - minus 159°. Next, the gas is sent to the first pressure reduction means 6, in this case a throttle, where its pressure is reduced to 0.1 MPa with the formation of a vapor-liquid flow and sent to the
В качестве первого смешанного хладагента применяют смесь, преимущественно состоящую из этана или этилена, пропана или пропилена и бутана, но применение не ограничивается данными веществами. Газообразный первый смешанный хладагент от теплообменного пространства испарения первого многопоточного теплообменника 3 поступает на компрессор 11 первого смешанного хладагента (или компрессоры), где его компримируют до давления порядка 2,5 МПа, охлаждают в аппарате 12 или аппаратах воздушного или водяного охлаждения и конденсируют в конденсаторе 13 при температуре +15-20 °. Жидкий первый смешанный хладагент направляют в теплообменное пространство первого многопоточного теплообменника 3, в котором происходит его переохлаждение до температуры порядка минус 30 - минус 40°. После переохлаждения происходит понижение давления первого смешанного хладагента с помощью второго средства 14 понижения давления, в данном случае дросселя, сопровождающееся понижением температуры до значений порядка минус 32 - минус 40°, с последующим испарением первого смешанного хладагента низкого давления в теплообменном пространстве испарения первого многопоточного теплообменника 3, сопровождающимся охлаждением природного газа, переохлаждением первого смешанного хладагента и охлаждением второго смешанного хладагента. Газообразный первый смешанный хладагент от многопоточного теплообменника 3 направляют к компрессору 11, компримируют, охлаждают и конденсируют и далее по циклу вновь используют для охлаждения газа и смешанных хладагентов.As the first mixed refrigerant, a mixture mainly consisting of ethane or ethylene, propane or propylene and butane is used, but the use is not limited to these substances. The gaseous first mixed refrigerant from the heat exchange space of evaporation of the first multi-flow heat exchanger 3 enters the compressor 11 of the first mixed refrigerant (or compressors), where it is compressed to a pressure of about 2.5 MPa, cooled in the
В качестве второго смешанного хладагента применяют смесь углеводородов, преимущественно состоящую из метана, этана или этилена и пропана или пропилена, но применение не ограничивается данными веществами. Газообразный второй смешанный хладагент находится в теплообменном пространстве испарения второго многопоточного теплообменника 4 при давлении порядка 0,35-0,45 МПа, при котором температура конца его кипения составляет порядка минус 45-минус 50°, что ниже температуры первого смешанного хладагента после расширения на втором средстве 14 понижения давления на величину не менее 5 градусов, что делает невозможным процесс конденсации испарившегося хладагента при нарушении равномерности потока природного газа и его захолаживании до более низких температур. Далее второй смешанный хладагент поступает на компрессор 22 второго смешанного хладагента (или компрессоры), где его дожимают до давления порядка 3,5-4,5 МПа, охлаждают в аппарате 21 или аппаратах воздушного или водяного охлаждения и конденсируют в конденсаторе 23 при температуре порядка +15-20 °. Жидкий второй смешанный хладагент охлаждается за счет испарения первого смешанного хладагента низкого давления в многопоточном теплообменнике 3 до температуры порядка минус 30 - минус 40° и переохлаждается в многопоточном теплообменнике 4 до температур порядка минус 62 - минус 70°. После переохлаждения происходит понижение давления второго смешанного хладагента с помощью третьего средства 24 понижения давления, в данном случае дросселя, сопровождающееся понижением температуры до значений порядка минус 62-минус 73°, и последующее испарение второго смешанного хладагента низкого давления в теплообменном пространстве испарения второго многопоточного теплообменника 4, сопровождающееся охлаждением природного газа, переохлаждением второго смешанного хладагента и охлаждением третьего смешанного хладагента соответственно. Газообразный второй смешанный хладагент от вышеуказанного теплообменника 4 направляют к компрессору 21, компримируют, охлаждают и конденсируют и далее по циклу вновь используют для охлаждения газа и смешанных хладагентов.As the second mixed refrigerant, a mixture of hydrocarbons is used, mainly consisting of methane, ethane or ethylene and propane or propylene, but the use is not limited to these substances. The gaseous second mixed refrigerant is in the heat exchange space of evaporation of the second
В качестве третьего смешанного хладагента применяется смесь, преимущественно состоящая из азота, метана и этана или этилена, но применение не ограничивается данными веществами. Газообразный третий смешанный хладагент находится в теплообменном пространства испарения третьего многопоточного теплообменника 5 при давлении порядка 0,35-0,45 МПа, при котором температура конца его кипения составляет порядка минус 75-минус 85°, что ниже температуры первого смешанного хладагента после расширения на третьем средстве 24 понижения давления на величину не менее 5 градусов, что делает невозможным процесс конденсации испарившегося хладагента при нарушении равномерности потока природного газа и его захолаживании до более низких температур. Далее третий смешанный хладагент поступает на компрессор 31 третьего смешанного хладагента (или компрессоры), где его дожимают до давления порядка 8-9 МПа, охлаждают в аппарате 32 или аппаратах воздушного или водяного охлаждения. Газообразный третий смешанный хладагент последовательно направляют во второй многопоточный теплообменник 4, где он охлаждается до температуры порядка минус 60 - минус 70°, и третий многопоточный теплообменник 5, где он охлаждается до температуры порядка минус 155-минус 159°. После охлаждения третьего смешанного хладагента его давление понижают с помощью четвертого средства 34 понижения давления, в данном случае дросселя. После понижения давления третий смешанный хладагент подают в теплообменное пространство испарения третьего многопоточного теплообменника 5, в котором происходит испарение третьего смешанного хладагента низкого давления, сопровождающееся охлаждением природного газа и переохлаждением третьего смешанного хладагента. Газообразный третий смешанный хладагент от многопоточного теплообменника 5 направляют в компрессор 31, компримируют, охлаждают и конденсируют и далее по циклу вновь используют для охлаждения газа и смешанных хладагентов.As the third mixed refrigerant, a mixture mainly composed of nitrogen, methane and ethane or ethylene is used, but the use is not limited to these substances. The gaseous third mixed refrigerant is located in the heat exchange space of evaporation of the third multi-flow heat exchanger 5 at a pressure of about 0.35-0.45 MPa, at which the temperature of the end of its boiling is about minus 75-minus 85°, which is lower than the temperature of the first mixed refrigerant after expansion in the third means 24 for lowering the pressure by at least 5 degrees, which makes it impossible to condense the evaporated refrigerant if the natural gas flow is disturbed and cooled down to lower temperatures. Next, the third mixed refrigerant enters the
При высоких температурах окружающей среды целесообразно применять схему, показанную на фиг. 2, по которой после охлаждения в аппарате 32 или аппаратах воздушного или водяного охлаждения газообразный третий смешанный хладагент сначала направляют в теплообменное пространство предварительного охлаждения первого многопоточного теплообменника 3, где он предварительно охлаждается до температур порядка минус 30 - минус 40°, и затем во второй многопоточный теплообменник 4, где он охлаждается до температур порядка минус 60 - минус 70° и третий многопоточный теплообменник 5, где он охлаждается до температур порядка минус 155-минус 159°. Далее третий смешанный хладагент проходит по контуру аналогично схеме на фиг. 1.At high ambient temperatures, it is advisable to use the scheme shown in Fig. 2, through which, after being cooled in
В предлагаемом способе по меньшей мере два смешанных хладагента целесообразно конденсировать с помощью конденсаторов 13 и 23 воздушного или водяного охлаждения, при этом переохлаждение второго смешанного хладагента осуществляется за счет кипения первого смешанного хладагента, что приводит к увеличению энергоэффективности за счет более глубокого захолаживания и уменьшению габаритов теплообменных аппаратов за счет исключения двухфазного потока в трубных пространствах, а также снижению доли пара в потоке второго смешанного хладагента после изоэнтальпийного или изоэнтропийного расширения. В том числе в предлагаемом способе охлаждение природного газа и третьего смешанного хладагента предпочтительно осуществляется при давлениях выше критических для исключения фазовых переходов в теплообменных аппаратах, что в свою очередь уменьшает металлоемкость и повышает надежность установки.In the proposed method, it is advisable to condense at least two mixed
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2023/000235 WO2024172687A1 (en) | 2023-02-17 | 2023-08-01 | Method for liquefying natural gas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2797608C1 true RU2797608C1 (en) | 2023-06-07 |
Family
ID=
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU654833A1 (en) * | 1976-04-26 | 1979-03-30 | Предприятие П/Я Р-6956 | Device for automatic control of natural gas liquefaction stage plant |
| RU2307297C2 (en) * | 2003-03-18 | 2007-09-27 | Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. | United multiple-loop cooling method for gas liquefaction |
| US20110219819A1 (en) * | 2010-03-11 | 2011-09-15 | Linde Ag | Process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction |
| US9506690B2 (en) * | 2008-11-25 | 2016-11-29 | Technip France | Process for the production of a subcooled liquefied natural gas stream from a natural gas feed stream, and associated installation |
| RU2698565C2 (en) * | 2015-02-19 | 2019-08-28 | Линде Акциенгезелльшафт | Natural gas liquefaction method |
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU654833A1 (en) * | 1976-04-26 | 1979-03-30 | Предприятие П/Я Р-6956 | Device for automatic control of natural gas liquefaction stage plant |
| RU2307297C2 (en) * | 2003-03-18 | 2007-09-27 | Эр Продактс Энд Кемикалз, Инк. | United multiple-loop cooling method for gas liquefaction |
| US9506690B2 (en) * | 2008-11-25 | 2016-11-29 | Technip France | Process for the production of a subcooled liquefied natural gas stream from a natural gas feed stream, and associated installation |
| US20110219819A1 (en) * | 2010-03-11 | 2011-09-15 | Linde Ag | Process for liquefying a hydrocarbon-rich fraction |
| RU2698565C2 (en) * | 2015-02-19 | 2019-08-28 | Линде Акциенгезелльшафт | Natural gas liquefaction method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| AU2020202355B2 (en) | Pre-cooling of natural gas by high pressure compression and expansion | |
| AU2021201534B2 (en) | Pre-cooling of natural gas by high pressure compression and expansion | |
| KR101827100B1 (en) | Integrated methane refrigeration system for liquefying natural gas | |
| KR101894076B1 (en) | Natural gas liquefying system and liquefying method | |
| CN110418929B (en) | Apparatus and method for liquefaction of natural gas | |
| AU2019281725B2 (en) | Pretreatment and pre-cooling of natural gas by high pressure compression and expansion | |
| RU2352877C2 (en) | Method of liquefying natural gas | |
| JP3965444B2 (en) | Methods and equipment for natural gas liquefaction | |
| JP6702919B2 (en) | Mixed refrigerant cooling process and system | |
| US20230375261A1 (en) | Closed loop lng process for a feed gas with nitrogen | |
| KR20110121134A (en) | Method and apparatus for liquefying natural gas | |
| RU2797608C1 (en) | Natural gas liquefaction method “arctic mix” | |
| KR20120005158A (en) | Method and apparatus for liquefying natural gas | |
| RU2740112C1 (en) | Natural gas liquefaction method "polar star" and installation for its implementation | |
| WO2024172687A1 (en) | Method for liquefying natural gas | |
| RU2792387C1 (en) | Method for liquefiting natural gas "modified arctic cascade" and installation for its implementation | |
| WO2024107081A1 (en) | Method for liquefying natural gas and apparatus for carrying out same |