Улучшенный способ и система для охлаждения углеводородного потока с применением хладагента в газовой фазе - RU2019112456A
Код документа: RU2019112456A
Формула
1. Способ сжижения сырьевого потока природного газа с получением готового СПГ, причем способ включает в себя:
(a) пропускание первого сырьевого потока природного газа через и охлаждение первого сырьевого потока природного газа на теплой стороне части из множества секций или всех из множества секций теплообменника, таким образом, чтобы предварительно охлаждать и сжижать первый сырьевой поток природного газа, причем множество секций теплообменника включает в себя первую секцию теплообменника, в которой поток природного газа предварительно охлаждается, и вторую секцию теплообменника, в которой поток предварительно охлажденного природного газа из первой секции теплообменника сжижают с получением первого потока сжиженного природного газа;
(b) мгновенное испарение первого потока сжиженного природного газа, отводимого из второй секции теплообменника, с образованием газа мгновенного испарения и готового СПГ, и отделение газа мгновенного испарения от готового СПГ таким образом, чтобы получить поток газа мгновенного испарения и поток готового СПГ;
(c) сжатие потока газа мгновенного испарения и рециркуляцию сжатого газа мгновенного испарения обратно в первый сырьевой поток природного газа;
(d) циркуляцию метансодержащего хладагента в контуре охлаждения, включающем в себя множество секций теплообменника, компрессорную линию, содержащую множество компрессоров и/или ступеней сжатия и один или большее количество промежуточных охладителей и/или выходных охладителей, первый турбодетандер и второй турбодетандер, и, при этом, циркулирующий хладагент обеспечивает холодопроизводительность в каждой из множества секций теплообменника и, таким образом, режим охлаждения для предварительного охлаждения и сжижения первого сырьевого потока природного газа, причем циркуляция хладагента в контуре охлаждения включает в себя следующие стадии:
(i) разделение сжатого и охлажденного газообразного потока хладагента с образованием первого потока охлажденного газообразного хладагента и второго потока охлажденного газообразного хладагента;
(ii) расширение первого потока охлажденного газообразного хладагента до первого давления в первом турбодетандере с образованием первого потока расширенного холодного хладагента при первой температуре и первом давлении, причем первый поток расширенного холодного хладагента представляет собой газообразный или преимущественно газообразный поток, свободный или по существу свободный от жидкости на выходе из первого турбодетандера;
(iii) пропускание второго потока охлажденного газообразного хладагента через и охлаждение второго потока охлажденного газообразного хладагента на теплой стороне по меньшей мере одной из множества секций теплообменника, таким образом, чтобы дополнительно охлаждать второй поток охлажденного газообразного хладагента;
(iv) расширение дополнительно охлажденного второго потока охлажденного газообразного хладагента до второго давления во втором турбодетандере с получением второго потока расширенного холодного хладагента при второй температуре и втором давлении, причем второй поток расширенного холодного хладагента представляет собой газообразный или преимущественно газообразный поток, свободный или по существу свободный от жидкости на выходе из второго турбодетандера, и, при этом, второе давление ниже первого давления, а вторая температура ниже первой температуры;
(v) пропускание первого потока расширенного холодного хладагента через и нагревание первого потока расширенного холодного хладагента на холодной стороне по меньшей мере одной из множества секций теплообменника, включающего в себя по меньшей мере первую секцию теплообменника и/или секцию теплообменника, в которой охлаждается весь или часть второго потока охлажденного газообразного хладагента, и пропускание второго потока расширенного холодного хладагента через и нагревание второго потока расширенного холодного хладагента на холодной стороне по меньшей мере одной из множества секций теплообменника, включающего в себя по меньшей мере вторую секцию теплообменника, причем первый и второй потоки расширенного холодного хладагента содержатся раздельно и не смешиваются на холодной стороне любой из множества секций теплообменника, причем первый поток расширенного холодного хладагента нагревается с образованием первого потока нагретого газообразного хладагента, а второй поток расширенного холодного хладагента нагревается с образованием второго потока нагретого газообразного хладагента; и
(vi) ввод первого потока нагретого газообразного хладагента и второго потока нагретого газообразного хладагента в компрессорную линию, причем второй поток нагретого газообразного хладагента вводят в компрессорную линию в другом месте компрессорной линии с более низким давлением, чем первый поток нагретого газообразного хладагента, и сжатие, охлаждение и объединение первого потока нагретого газообразного хладагента и второго потока нагретого газообразного хладагента с получением сжатого и охлажденного газообразного потока хладагента, который разделяется на стадии (i).
2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что хладагент содержит по меньшей мере 85 молярных % метана.
3. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый поток расширенного холодного хладагента содержит фракцию паров, равную или превышающую 0,8 на выходе из первого турбодетандера, а второй поток расширенного холодного хладагента содержит фракцию паров, равную или превышающую 0,8 на выходе из второго турбодетандера.
4. Способ по п. 1, отличающийся тем, что соотношение первого давления ко второму давлению составляет от 1,5:1 до 2,5:1.
5. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый поток сжиженного природного газа отводят из второго теплообменника при температуре от -100 до -145°С.
6. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первый поток сжиженного природного газа отводят из второго теплообменника при температуре от -110 до -145°С.
7. Способ по п. 1, отличающийся тем, что контур охлаждения представляет собой замкнутый контур охлаждения.
8. Способ по п. 1, отличающийся тем, что способ дополнительно включает в себя рекуперацию холода из потока газа мгновенного испарения, перед сжатием потока газа мгновенного испарения и рециркуляцией сжатого газа мгновенного испарения, путем пропускания потока газа мгновенного испарения через и нагревания потока газа мгновенного испарения на холодной стороне секции теплообменника газа мгновенного испарения.
9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что секция теплообменника газа мгновенного испарения не является одной из множества секций теплообменника контура охлаждения, холодопроизводительность в которых обеспечивается циркулирующим хладагентом.
10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что способ дополнительно включает в себя:
(e) пропускание второго сырьевого потока природного газа через и охлаждение и сжижение второго сырьевого потока природного газа на теплой стороне секции теплообменника газа мгновенного испарения, таким образом, чтобы получить второй поток сжиженного природного газа; и
(f) мгновенное испарение второго потока сжиженного природного газа, отводимого из секции теплообменника газа мгновенного испарения, с образованием дополнительного количества газа мгновенного испарения и дополнительного количества готового СПГ, и отделение дополнительного количества газа мгновенного испарения от дополнительного количества готового СПГ, чтобы обеспечить дополнительное количества газа мгновенного испарения для потока газа мгновенного испарения и дополнительное количества готового СПГ для потока готового СПГ.
11. Способ по п. 10, отличающийся тем, что на стадиях (b) и (f) отделение газа мгновенного испарения и дополнительного количества газа мгновенного испарения от готового СПГ и дополнительного количества готового СПГ происходит путем ввода мгновенно испаренного первого потока сжиженного природного газа и мгновенно испаренного второго потока сжиженного природного газа в парожидкостной сепаратор, в котором потоки совместно разделяются на верхний погон паров и нижний погон жидкости, причем верхний погон паров отводится с получением потока газа мгновенного испарения, а нижний погон жидкости отводится с получением потока готового СПГ.
12. Способ по п. 1, отличающийся тем, что вторая секция теплообменника представляет собой секцию витого теплообменника, содержащую трубный пучок, имеющий внутритрубное пространство и межтрубное пространство.
13. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первая секция теплообменника имеет холодную сторону, которая имеет множество отдельных проходов через секцию теплообменника, причем первый поток расширенного холодного хладагента пропускают через и нагревают по меньшей мере в одном из проходов через первую секцию теплообменника с получением первого потока нагретого газообразного хладагента, а второй поток расширенного холодного хладагента пропускают через и нагревают на холодной стороне второй секции теплообменника, а затем пропускают через и дополнительно нагревают по меньшей мере в одном или большем количестве других из проходов через первую секцию теплообменника, с получением второго потока нагретого газообразного хладагента.
14. Способ по п. 1, отличающийся тем, что первая секция теплообменника представляет собой секцию витого теплообменника, содержащую трубный пучок, который имеет внутритрубное пространство и межтрубное пространство, причем множество секций теплообменника дополнительно включает в себя третью секцию теплообменника, в которой поток природного газа предварительно охлаждается и/или в которой весь или часть второго потока охлажденного газообразного хладагента охлаждается, и, при этом, первый поток расширенного холодного хладагента пропускают через и нагревают на холодной стороне одной из первой и третьей секций теплообменника с получением первого потока нагретого газообразного хладагента, а второй поток расширенного холодного хладагента пропускают через и нагревают на холодной стороне второй секции теплообменника, а затем пропускают через и дополнительно нагревают на холодной стороне другой из третьей и первой секций теплообменника, с получением второго потока нагретого газообразного хладагента.
15. Система для сжижения сырьевого потока природного газа с получением готового СПГ, причем система включает в себя:
(a) контур охлаждения для циркуляции хладагента, обеспечивающего холодопроизводительность в каждой из множества секций теплообменника и, таким образом, режим охлаждения для предварительного охлаждения и сжижения первого сырьевого потока природного газа, причем контур охлаждения включает в себя:
множество секций теплообменника, и, при этом, каждая из секций теплообменника имеет теплую сторону и холодную сторону, причем множество секций теплообменника включает в себя первую секцию теплообменника и вторую секцию теплообменника, причем теплая сторона первого теплообменника имеет по меньшей мере один проход через нее для приема и предварительного охлаждения потока природного газа, и, при этом, теплая сторона второй секции теплообменника имеет по меньшей мере один проход через нее для приема и сжижения потока предварительно охлажденного природного газа из первой секции теплообменника, таким образом, чтобы получить первый поток сжиженного природного газа, причем холодная сторона каждой из множества секций теплообменника имеет по меньшей мере один проход через нее для приема и нагревания расширенного потока циркулирующего хладагента;
компрессорную линию, содержащую множество компрессоров и/или ступеней сжатия и один или большее количество промежуточных охладителей и/или выходных охладителей, для сжатия и охлаждения циркулирующего хладагента, причем контур охлаждения выполнен с возможностью приема компрессорной линией первого потока нагретого газообразного хладагента и второго потока нагретого газообразного хладагента из множества секций теплообменника, и, при этом, второй поток нагретого газообразного хладагента принимается и вводится в другое место компрессорной линии с более низким давлением, чем первый поток нагретого газообразного хладагента, причем компрессорная линия выполнена с возможностью сжатия, охлаждения и объединения первого потока нагретого газообразного хладагента и второго потока нагретого газообразного хладагента с образованием сжатого и охлажденного газообразного потока хладагента;
первый турбодетандер, выполненный с возможностью приема и расширения первого потока охлажденного газообразного хладагента до первого давления, с образованием первого потока расширенного холодного хладагента при первой температуре и первом давлении;
второй турбодетандер, выполненный с возможностью приема и расширения дополнительно охлажденного второго потока охлажденного газообразного хладагента до второго давления, с образованием второго потока расширенного холодного хладагента при второй температуре и втором давлении, причем второе давление ниже первого давления, а вторая температура ниже первой температуры;
и, при этом, контур охлаждения дополнительно выполнен с возможностью:
разделения сжатого и охлажденного газообразного потока хладагента из компрессорной линии с образованием первого потока охлажденного газообразного хладагента и второго потока охлажденного газообразного хладагента;
пропускания второго потока охлажденного газообразного хладагента через и охлаждения второго потока охлажденного газообразного хладагента на теплой стороне по меньшей мере одной из множества секций теплообменника, таким образом, чтобы получить дополнительно охлажденный второй поток охлажденного газообразного хладагента; и
пропускания первого потока расширенного холодного хладагента через и нагревания первого потока расширенного холодного хладагента на холодной стороне по меньшей мере одной из множества секций теплообменника, включающего в себя по меньшей мере первую секцию теплообменника и/или секцию теплообменника, в которой весь или часть второго потока охлажденного газообразного хладагента охлаждается, и пропускания второго потока расширенного холодного хладагента через и нагревания второго потока расширенного холодного хладагента на холодной стороне по меньшей мере одной из множества секций теплообменника, включающего в себя по меньшей мере вторую секцию теплообменника, причем первый и второй потоки расширенного холодного хладагента содержатся раздельно и не смешиваются на холодной стороне любой из множества секций теплообменника, причем первый поток расширенного холодного хладагента нагревается с образованием первого потока нагретого газообразного хладагента, а второй поток расширенного холодного хладагента нагревается с образованием второго потока нагретого газообразного хладагента;
(b) устройство для понижения давления, выполненное с возможностью приема первого потока сжиженного природного газа из второй секции теплообменника из множества секций теплообменника и мгновенного испарения первого потока сжиженного природного газа с образованием газа мгновенного испарения и готового СПГ;
(c) парожидкостный сепаратор, выполненный с возможностью отделения газа мгновенного испарения от готового СПГ, таким образом, чтобы получить поток газа мгновенного испарения и поток готового СПГ; и
(d) компрессор газа мгновенного испарения для приема и сжатия потока газа мгновенного испарения и рециркуляции сжатого газа мгновенного испарения обратно в первый сырьевой поток природного газа.
16. Система по п. 15, отличающаяся тем, что система дополнительно включает в себя:
(e) секцию теплообменника газа мгновенного испарения для рекуперации холода из потока газа мгновенного испарения, перед тем, как поток газа мгновенного испарения будет принят и сжат в компрессоре газа мгновенного испарения, причем секция теплообменника газа мгновенного испарения имеет теплую сторону и холодную сторону, и, при этом, холодная сторона имеет один или большее количество проходов через нее для приема и нагревания потока газа мгновенного испарения.
17. Система по п. 16, отличающаяся тем, что теплая сторона теплообменника газа мгновенного испарения имеет один или большее количество проходов через нее для приема, охлаждения и сжижения второго сырьевого потока природного газа, таким образом, чтобы получить второй поток сжиженного природного газа.
18. Система по п. 17, отличающаяся тем, что система дополнительно включает в себя:
(e) устройство для понижения давления, выполненное с возможностью приема второго потока сжиженного природного газа из теплообменника газа мгновенного испарения и мгновенного испарения второго потока сжиженного природного газа, с образованием дополнительного количества газа мгновенного испарения и дополнительного количества готового СПГ; и,
при этом, парожидкостный сепаратор дополнительно выполнен с возможностью отделения дополнительного количества газа мгновенного испарения от дополнительного количества готового СПГ, таким образом, чтобы обеспечить дополнительное количество газа мгновенного испарения для потока газа мгновенного испарения и дополнительное количество готового СПГ для потока готового СПГ.
