Способ сжижения природного газа и извлечения из него жидкостей, которые могут в нем находиться, включающий два полузамкнутых холодильных цикла для природного газа и замкнутый холодильный цикл для газа-хладагента - RU2019101462A
Код документа: RU2019101462A
Формула
1. Способ сжижения природного газа, содержащего смесь углеводородов с преимущественным содержанием метана, включающий:
a) первый полузамкнутый холодильный цикл для природного газа, включающий следующую последовательность операций:
- смешивают входной поток (F-0) природного газа при давлении Р0, предварительно обработанный для извлечения из него кислых газов, воды и ртути, с потоком природного газа, который расширен до давления Р1, а температура которого посредством расширительной турбины (6а), функционирующей при температуре окружающей среды, понижена до температуры Т1, с целью обеспечить конденсацию любых газоконденсатных жидкостей, содержащихся в природном газе;
- отделяют в главном сепараторе (16) любые сконденсировавшиеся газоконденсатные жидкости от входного потока природного газа, после чего пропускают указанный поток через главный криогенный теплообменник (4), чтобы сформировать первый поток (F-1) природного газа, способствующий, за счет теплообмена, сначала предохлаждению главного потока (F-P) природного газа, текущего через главный криогенный теплообменник, как противоточный поток, а затем охлаждению начального потока (G-0) газа-хладагента, текущего через главный криогенный теплообменник, как противоточный поток;
- сжимают, на выходе из главного криогенного теплообменника, первый поток (F-1) природного газа, который находится при температуре Т2, превышающей Т1 и близкой к температуре нехолодного источника, до давления Р2 посредством компрессора (6b), приводимого в действие указанной расширительной турбиной (6а), перед подачей на всасывающий вход компрессора (12) природного газа, чтобы дополнительно сжать в нем указанный поток до давления Р3, превышающего Р2, и сформировать, тем самым, второй поток (F-2) природного газа;
- часть второго потока (F-2) природного газа расширяют и смешивают на выходе из компрессора (12) природного газа с входным потоком (F-0) природного газа перед указанной расширительной турбиной, тогда как другая его часть образует главный поток (F-P) природного газа, и
- пропускают фракцию указанного главного потока (F-P) природного газа через главный криогенный теплообменник, чтобы охладить ее в нем до температуры Т3, достаточно низкой для осуществления сжижения природного газа;
b) второй полузамкнутый холодильный цикл для природного газа, включающий следующую последовательность операций:
- выводят другую фракцию главного потока (F-P) природного газа из главного криогенного теплообменника при температуре Т4, превышающей Т3, и направляют ее в расширительную турбину (8а), функционирующую при промежуточной температуре, с понижением, тем самым, температуры фракции, за счет расширения, до температуры Т5, более низкой, чем Т4, и с формированием, в результате, третьего потока (F-3) природного газа;
- реинжектируют третий поток (F-3) природного газа в главный криогенный теплообменник, чтобы охладить, за счет теплообмена, главный поток природного газа и начальный поток газа-хладагента, текущие через главный криогенный теплообменник в противотоке, и
- направляют, с выхода из главного криогенного теплообменника, третий поток (F-3) природного газа, имеющий температуру Т6, близкую к температуре нехолодного источника, в компрессор (8b), приводимый в действие расширительной турбиной (8а), функционирующей при промежуточной температуре, чтобы сжать в нем указанный поток, который затем охлаждают перед смешиванием с первым потоком природного газа до входа в компрессор (12) природного газа, и
с) замкнутый холодильный цикл с использованием газа-хладагента, включающий следующую последовательность операций:
- пропускают начальный поток (G-0) газа-хладагента при температуре Т7, близкой к температуре нехолодного источника, ранее сжатый посредством компрессора (14) газа-хладагента, через главный криогенный теплообменник (4) для повторного охлаждения в нем;
- направляют, с выхода из главного криогенного теплообменника, начальный поток (G-0) газа-хладагента, имеющий температуру Т8, более низкую, чем Т7, в низкотемпературную расширительную турбину (10а) с понижением, за счет расширения, его температуры до температуры Т9, более низкой, чем Т8, а сформированный в результате первый поток (G-1) газа-хладагента реинжектируют в главный криогенный теплообменник, чтобы способствовать охлаждению главного потока (F-P) природного газа и начального потока (G-0) газа-хладагента, и
- направляют, с выхода из главного криогенного теплообменника, первый поток (G-1) газа-хладагента, имеющий температуру Т10, близкую к температуре нехолодного источника, в компрессор (10b), приводимый в действие низкотемпературной расширительной турбиной (10а), чтобы осуществить в нем сжатие указанного потока перед его охлаждением, а затем направить на всасывание в компрессор (14) газа-хладагента.
2. Способ по п. 1, в котором при осуществлении второго полузамкнутого холодильного цикла поток природного газа на выходе из компрессора (8b), приводимого в действие расширительной турбиной (8а), функционирующей при промежуточной температуре, охлаждают, а затем, перед направлением на вход компрессора (6b), приводимого в действие расширительной турбиной (6а), функционирующей при температуре окружающей среды, смешивают с первым потоком природного газа.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором при осуществлении первого полузамкнутого холодильного цикла входной поток природного газа при подаче в расширительную турбину (6а), функционирующую при температуре окружающей среды, дополнительно охлаждают во вспомогательном теплообменнике (36).
4. Способ по любому из пп. 1-3, в котором при осуществлении второго полузамкнутого холодильного цикла третий поток (F-3) природного газа направляют из выхлопной части расширительной турбины (8а), функционирующей при промежуточной температуре, во вспомогательный сепаратор (40), с выхода из которого поток природного газа реинжектируют в главный криогенный теплообменник (4), а поток жидкого природного газа с выхода вспомогательного сепаратора (40) закачивают полностью или частично в главный сепаратор (16) для участия в поглощении газоконденсатов.
5. Способ по любому из пп. 1-4, в котором при осуществлении первого полузамкнутого холодильного цикла часть фракции главного потока (F-P) природного газа, которая проходит через главный криогенный теплообменник (4), чтобы охладиться в нем, выводят из указанного теплообменника при температуре Т11, превышающей температуру Т3, чтобы направить в главный сепаратор (16) для участия в поглощении газоконденсатов.
6. Способ по любому из пп. 1-5, в котором при осуществлении первого полузамкнутого холодильного цикла входной поток (F-0) природного газа расширяют и понижают его температуру посредством расширительной турбины (6а), функционирующей при температуре окружающей среды, без предшествующего предохлаждения в главном криогенном теплообменнике.
7. Способ по любому из пп. 1-6, в котором, при осуществлении первого полузамкнутого холодильного цикла входной поток природного газа, выводимый из выхлопной части указанной расширительной турбины (6а), инжектируют в главный сепаратор (16), на выходе из которого получают поток (F-HL) газоконденсатов.
8. Способ по п. 7, в котором полученный поток (F-HL) газоконденсатов, нагревают и частично преобразуют в пар, чтобы облегчить его дальнейшую обработку.
9. Способ по п. 7 или 8, в котором тепловую энергию, необходимую для нагрева потока (F-HL) газоконденсатов, получают в результате охлаждения главного потока (F-Р) природного газа и/или из начального потока (G-0) газа-хладагента.
10. Способ по любому из пп. 1-9, в котором давление главного потока (F-P) природного газа выше, чем критическое давление природного газа.
11. Способ по любому из пп. 1-10, в котором:
- температура Т1 находится в интервале от -40°С до -60°С;
- температура Т3 находится в интервале от -140°С до -160°С;
- температура Т4 находится в интервале от -10°С до -40°С;
- температура Т5 находится в интервале от -80°С до -110°С;
- температура Т8 находится в интервале от -80°С до -110°С;
- температура Т9 находится в интервале от -140°С до -160°С;
- давление Р0 находится в интервале 5-10 МПа;
- давление Р1 находится в интервале 1-3 МПа;
- давление Р2 находится в интервале 2-4 МПа и
- давление Р3 находится в интервале 6-10 МПа.
12. Способ по любому из пп. 1-11, в котором газ-хладагент состоит преимущественно из азота.
13. Способ по любому из пп. 1-12, который осуществляют в морской установке для сжижения природного газа.
14. Установка для сжижения природного газа, пригодная для осуществления способа по любому из пп. 1-13, содержащая:
- функционирующую при температуре окружающей среды расширительную турбину (6а) для приема входного потока (F-0) природного газа и части второго потока природного газа (F-2), поступающего из компрессора (12) природного газа, выхлоп которого соединен с входом главного сепаратора (16);
- главный криогенный теплообменник (4) для приема природного газа (F-P, F-1, F-3) и потоков газа-хладагента;
- приводимый в действие указанной расширительной турбиной (6а) компрессор (6b) для приема первого потока (F-1) природного газа из главного сепаратора (16), причем выход компрессора (6b) подключен к всасывающему входу компрессора (12) природного газа;
- функционирующую при промежуточной температуре расширительную турбину (8а) для приема части главного потока (F-P) природного газа, поступающего с выхода компрессора (12) природного газа, и подсоединенную к входу и к выходу главного криогенного теплообменника (4);
- компрессор (8b), приводимый в действие функционирующей при промежуточной температуре расширительной турбиной для приема третьего потока (F-3) природного газа из главного криогенного теплообменника (4);
- низкотемпературную расширительную турбину (10а) для газа-хладагента, подсоединенную к входу и к выходу главного криогенного теплообменника (4), и
- компрессор (10b), приводимый в действие низкотемпературной расширительной турбиной (10а) и имеющий выход, подсоединенный к всасывающему входу компрессора (14) газа-хладагента.
15. Установка по п. 14, в которой компрессор (12) природного газа и компрессор (14) газа-хладагента выполнены с возможностью приведения в действие одной и той же приводной машиной (ME), обеспечивающей механическую мощность, необходимую для повышения давления природного газа с целью его сжижения и для повышения давления текучих сред, перемещаемых в трех холодильных циклах.
16. Установка по п. 14 или 15, в которой компрессор (12) природного газа установлен, по направлению движению потока, за компрессорами, приводимыми в действие расширительной турбиной (6а), функционирующей при температуре окружающей среды, и расширительной турбиной (8а), функционирующей при промежуточной температуре, а компрессор (14) газа-хладагента установлен, по направлению движению потока, за компрессором, приводимым в действие низкотемпературной расширительной турбиной (10а).
