Система и способ для сжижения природного газа - RU2651007C2

Чертежи

Показать все 22 чертежа(ей)

Описание

Область техники, к которой относится изобретение

[0001]

Настоящее изобретение предлагает систему и способ для сжижения природного газа в целях производства сжиженного природного газа посредством охлаждения природного газа.

Уровень техники

[0002]

Природный газ, добываемый на газовых месторождениях, сжижается на установке для сжижения таким образом, что газ может храниться и транспортироваться в форме жидкости. Охлажденный до приблизительно -162 градусов Цельсия, жидкий природный газ имеет значительно уменьшенный объем по сравнению с газообразным природным газом, и для его хранения не требуется высокое давление. В то же время, в процессе сжижения природного газа удаляются примеси, такие как вода, кислые газы и ртуть, которые содержатся в добываемом природном газе, и после того, как отделяются тяжелые компоненты, имеющие относительно более высокие температуры замерзания (углеводороды C5+, такие как бензол, пентан и другие тяжелые углеводороды, природный газ сжижается.

[0003]

Для сжижения природного газа были разработаны разнообразные технологии, в том числе технологии на основе процессов расширения, в которых используются расширительные клапаны и турбины, и процессов теплообмена, в которых используются имеющие низкую температуру кипения хладагенты (такие как легкие углеводороды, в том числе метан, этан и пропан). Например, конкретная известная система для сжижения природного газа (см. патентный документ 1) включает охлаждающий блок для охлаждения природного газа, из которого удаляются примеси, расширительный блок для изоэнтропического расширения охлажденного природного газа, дистилляционный блок для дистилляции природного газа, давление которого снижается в расширительном блоке до менее высокого уровня, чем критические давления метана и более тяжелых компонентов, компрессор для сжатия дистиллированного газа из дистилляционного блока посредством использования выходного вала из расширителя и сжижающий блок для сжижения дистиллированного газа, сжатого компрессором, посредством теплообмена со смешанным хладагентом.

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы

[0004]

Патентный документ 1: патент США № 4065278

Сущность изобретения

Задача, решаемая изобретением

[0005]

В традиционной системе для сжижения природного газа, такой как система, описанная в патентном документе 1, желательное давление на выпуске компрессора (или давление исходного газа, который вводится в сжижающий блок) должно быть максимально высоким, насколько это возможно, чтобы уменьшалась нагрузка на сжижающий блок (в частности, его основной теплообменник), и достигала максимума эффективность процесса сжижения.

[0006]

В целях увеличения давления на выпуске компрессора требуется соответствующая большая энергия. Однако в традиционной конструкции, где исходный газ, охлажденный охлаждающим блоком, расширяется посредством расширителя, энергия, производимая расширителем, оказывается ограниченной и недостаточной для увеличения давления на выпуске компрессора до желательного уровня.

[0007]

В традиционной конструкции, поскольку исходный газ должен охлаждаться перед тем, как он расширяется в расширителе, требуется относительно большая мощность охлаждающего блока, и это увеличивает капитальные расходы и эксплуатационные расходы на охлаждающий блок.

[0008]

В традиционной конструкции, поскольку охлаждение исходного газа приводит у образованию продуктов конденсации, оказывается необходимой установка разделяющего газовую и жидкую фазы сепаратора, чтобы отделять (удалять) продукты конденсации из исходного газа перед тем, как исходный газ вводится из охлаждающего блока в расширитель. Кроме того, поскольку является высокой температура исходного газа на выпускном конце компрессора, возникает значительная разность температур между промежуточной точкой впуска сжижающего блока и хладагентом, таким образом, что для охлаждающего блока требуется соответствующая высокая мощность.

[0009]

С учетом таких проблем предшествующего уровня техники, основная задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему и способ для сжижения природного газа, с помощью которых может увеличиваться давление на выпускном конце компрессора за счет использования энергии, производимой в расширителе посредством расширения исходного газа, и сократить до минимума охлаждающую способность, которая требуется для охлаждающего блока.

Средства решения задачи

[0010]

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предлагается система (1) для сжижения природного газа, которая охлаждает природный газ для производства сжиженного природного газа, включающая: первый расширитель (3) для производства энергии посредством расширения природного газа под давлением в качестве газообразного материала; первый охлаждающий блок (11, 12) для охлаждения газообразного материала, имеющего пониженное давление посредством расширения в первом расширителе; дистилляционный блок (15) для уменьшения содержания или удаления тяжелого компонента, содержащегося в газообразном материале посредством дистилляции газообразного материала, охлажденного первым охлаждающим блоком; первый компрессор (4) для сжатия газообразного материала, из которого частично или полностью удалены тяжелые компоненты посредством дистилляционного блока, за счет использования энергии, производимой в первом расширителе; и сжижающий блок (21) для сжижения газообразного материала, сжатого первым компрессором, посредством теплообмена с хладагентом.

[0011]

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, система для сжижения природного газа обеспечивает увеличение давления на выпуске первого компрессора и уменьшение охлаждающей способности, которая требуется для первого охлаждающего блока, посредством использования энергии, производимой первым расширителем, благодаря расширению газообразного материала перед тем, как он охлаждается первым охлаждающим блоком.

[0012]

Согласно второму аспект настоящего изобретения, дополнительно включается второй охлаждающий блок (85), который располагается между первым компрессором и сжижающим блоком и охлаждает газообразный материал, сжатый первым компрессором.

[0013]

Согласно второму аспекту настоящего изобретения, посредством увеличения давления газообразного материала, который вводится в сжижающий блок, даже когда уровень температуры газообразного материала должен превышать верхний предел соответствующего интервала, благодаря охлаждению во втором охлаждающем блоке, уровень температуры газообразного материала может устанавливаться на уровне вблизи уровня температуры в точке введения в сжижающий блок, таким образом, что нагрузка на сжижающий блок может уменьшаться, и эффективность процесса сжижения может увеличиваться.

[0014]

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, в которой сжижающий блок включает спиральный теплообменник, и газообразный материал, выпускаемый из первого компрессора, вводится в теплую область (Z1) спирального теплообменника, которая располагается на горячей стороне спирального теплообменника.

[0015]

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, если температура газообразного материала должна увеличиваться благодаря увеличению давления на выпуске первого компрессора, посредством введения газообразного материала со стороны теплой области (Z1) спирального теплообменника, чтобы установить уровень температуры газообразного материала ближе к температуре в сжижающем блоке, нагрузка на сжижающий блок может уменьшаться, и эффективность процесса сжижения может увеличиваться.

[0016]

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая второй компрессор (75) расположенный между первым компрессором и сжижающим блоком для сжатия газообразного материала выпускаемый из первого компрессора.

[0017]

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, давление газообразного материала, который вводится в сжижающий блок, может еще больше увеличиваться, таким образом, что эффективность процесса сжижения осуществляемый в сжижающем блоке может увеличиваться.

[0018]

Согласно пятому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая первый электродвигатель (81), который снабжается электроэнергией из внешнего источника и регулируется в зависимости от значения давления газообразного материала, вводимого в сжижающий блок, и второй компрессор приводится в действие первым электродвигателем.

[0019]

Согласно пятому аспекту настоящего изобретения, давление газообразного материала, который вводится в сжижающий блок, может увеличиваться в устойчивом режиме, таким образом, что температура газообразного материала может поддерживаться в пределах соответствующего интервала, и процесс сжижения может осуществляться в сжижающем блоке одновременно эффективным и устойчивым способом.

[0020]

Согласно шестому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая второй охлаждающий блок (85), который располагается между вторым компрессором и сжижающим блоком и охлаждает газообразный материал.

[0021]

Согласно шестому аспекту настоящего изобретения, посредством увеличения давления газообразного материала, который вводится в сжижающий блок, даже когда уровень температуры газообразного материала должен превышать верхний предел соответствующего интервала, благодаря охлаждению во втором охлаждающем блоке, уровень температуры газообразного материала может устанавливаться на уровне вблизи уровня температуры в точке введения в сжижающий блок таким образом, что нагрузка на сжижающий блок может уменьшаться, и эффективность процесса сжижения может увеличиваться.

[0022]

Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая электрический генераторный блок (87) для преобразования энергии, производимой первым расширителем, в электроэнергию, и второй электродвигатель (84) для приведения в действие первого компрессора, причем второй электродвигатель снабжается электроэнергией, которую производит электрический генераторный блок.

[0023]

Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения, первый расширитель и первый компрессор находятся в электрическом соединении друг с другом таким образом, что давление на выпуске первого компрессора может увеличиваться, посредством использования энергии, производимой первым расширителем. В то же время, степень свободы эксплуатации системы может увеличиваться по сравнению со случаем, где первый расширитель и первый компрессор находятся в механическом соединении друг с другом.

[0024]

Согласно восьмому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая второй электродвигатель (84), который механически соединяет первый расширитель и первый компрессор друг с другом и снабжается электроэнергией из внешнего источника, причем первый компрессор предназначается, чтобы сжимать газообразный материал за счет использования энергии, производимой первым расширителем, и энергия производимой вторым электродвигателем.

[0025]

Согласно восьмому аспекту настоящего изобретения, энергия, которую производит второй электродвигатель, может использоваться для дополнения энергии, которую производит первый расширитель, чтобы приводить в действие первый компрессор, таким образом, что давление на выпуске первого компрессора может увеличиваться одновременно эффективным и устойчивым способом.

[0026]

Согласно девятому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, в которой газообразный материал, из которого частично или полностью удалены тяжелые компоненты посредством дистилляционного блока, непосредственно вводится в первый компрессор, и система дополнительно включает первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар (23), который принимает газообразный материал, сжатый первым компрессором через сжижающий блок; причем газофазный компонент газообразного материала, отделенный в первом разделяющем газовую и жидкую фазы резервуаре, повторно вводится в сжижающий блок, и жидкофазный компонент газообразного материала возвращается в дистилляционный блок.

[0027]

Согласно девятому аспекту настоящего изобретения, может исключаться необходимость насоса для рециркуляции газообразного материала из первого разделяющего газовую и жидкую фазы резервуара в дистилляционный блок, и это способствует упрощению системы.

[0028]

Согласно десятому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая второй охлаждающий блок (85), который располагается между первым компрессором и первым разделяющим газовую и жидкую фазы резервуаром и охлаждает газообразный материал.

[0029]

Согласно десятому аспекту настоящего изобретения, даже когда уровень температуры газообразного материала, который сжимается первым компрессором, должен превышать верхний предел соответствующего интервала, благодаря охлаждению во втором охлаждающем блоке, уровень температуры газообразного материала может устанавливаться на уровне вблизи уровня температуры в точке введения в сжижающий блок таким образом, что нагрузка на сжижающий блок может уменьшаться, и эффективность процесса сжижения может увеличиваться.

[0030]

огласно одиннадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая второй расширитель (3b), который располагается между первым расширителем (3a) и дистилляционным блоком и производит энергию посредством расширения газообразного материала, и третий компрессор (4b), который располагается между дистилляционным блоком и первым компрессором (4a) и сжимает газообразный материал, дистиллированный посредством дистилляционного блока, за счет использования энергии, производимой вторым расширителем.

[0031]

Согласно одиннадцатому аспекту настоящего изобретения, посредством предпочтительного расширения газообразного материала в первом и втором расширителях, охлаждающая способность, требуемая для первого охлаждающего блока, может уменьшаться, и за счет использования первого и третьего компрессора, которые используют энергию, производимую первым и вторым расширителями, давление газообразного материала, который вводится в сжижающий блок, может эффективно увеличиваться.

[0032]

Согласно двенадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая второй расширитель (3b), который располагается параллельно с первым расширителем (3a) и производит энергию посредством расширения газообразного материала, и третий компрессор (4b), который располагается между дистилляционным блоком и первым компрессором (4a) и сжимает газообразный материал, дистиллированный посредством дистилляционного блока, за счет использования энергии, производимой вторым расширителем.

[0033]

Согласно двенадцатому аспекту настоящего изобретения, даже когда объем газообразного материала, вводимого в сжижающую систему, должен увеличиваться, процесс сжижения в сжижающем блоке может осуществляться в устойчивом режиме.

[0034]

Согласно тринадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, в которой сжижающий блок включает пластинчато-ребристый теплообменник.

[0035]

Согласно тринадцатому аспекту настоящего изобретения, даже когда уровень температуры газообразного материала, который сжимается первым компрессором, должен повышаться при повышении его давления, точка введения в сжижающий блок (уровень температуры на стороне сжижающего блока) может легко изменяться в ответ на повышение температуры газообразного материала.

[0036]

Согласно четырнадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, в которой газообразный материал, сжатый первым компрессором имеет давление, составляющее более чем 5171 кПа (абс.).

[0037]

Согласно пятнадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, в которой газообразный материал, сжатый вторым расширителем, имеет давление, составляющее более чем 5171 кПа (абс.).

[0038]

Согласно четырнадцатому или пятнадцатому аспект настоящего изобретения, посредством повышения давления газообразного материала, который вводится в сжижающий блок, до соответствующего значения, эффективность процесса сжижения в сжижающем блоке может увеличиваться.

[0041]

Согласно шестнадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар (23) для приема верхней фракции из дистилляционного блока и третий охлаждающий блок (86), который располагается между дистилляционным блоком и первым разделяющим газовую и жидкую фазы резервуаром и охлаждает верхнюю фракция из дистилляционного блока.

[0042]

Согласно шестнадцатому аспекту настоящего изобретения, исключается необходимость охлаждения газообразного материала, который вводится в первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар, за счет использования сжижающего блока, таким образом, что нагрузка на сжижающий блок уменьшается.

[0049]

Согласно семнадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система (1) для сжижения природного газа, которая охлаждает природный газ для производства сжиженного природного газа, включающая: первый расширитель (3) для производства энергии посредством расширения природного газа под давлением в качестве газообразного материала; дистилляционный блок (15) для уменьшения содержания или удаления тяжелого компонента, содержащегося в газообразном материале посредством дистилляции газообразного материала, имеющего пониженное давление посредством расширения в первом расширителе; первый компрессор (4) для сжатия газообразного материала, из которого частично или полностью удалены тяжелые компоненты посредством дистилляционного блока, за счет использования энергии, производимой в первом расширителе; и сжижающий блок (21) для сжижения газообразного материала, сжатого первым компрессором, посредством теплообмена с хладагентом.

[0050]

Согласно семнадцатому аспекту настоящего изобретения, в сочетании со сжижением газообразного материала при относительно высоком давлении, составляющем например, 100 бар (абс.) или более, энергия производимый первым расширителем благодаря расширению газообразного материала может использоваться для увеличения давления на выпуске первого компрессора.

[0051]

Согласно восемнадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система (1) для сжижения природного газа, которая охлаждает природный газ для производства сжиженного природного газа, включающая: первый расширитель (3) для производства энергии посредством расширения природного газа под давлением в качестве газообразного материала; первый охлаждающий блок (10, 11, 12) для охлаждения газообразного материала, по меньшей мере, в точке выше по потоку относительно или ниже по потоку относительно первого расширителя; дистилляционный блок (15) для уменьшения содержания или удаления тяжелого компонента, содержащегося в газообразном материале посредством дистилляции газообразного материала, охлажденного первым охлаждающим блоком; первый компрессор (4) для сжатия газообразного материала, из которого частично или полностью удалены тяжелые компоненты посредством дистилляционного блока; и сжижающий блок (21) для сжижения газофазного компонента, отделенного от газообразного материала, сжатого первым компрессором, посредством теплообмена с хладагентом.

[0052]

Согласно восемнадцатомуаспекту настоящего изобретения, предотвращается чрезмерное повышение температуры газообразного материала, который сжимается компрессором и вводимый в сжижающий блок, и температура газообразного материала может легко устанавливаться вблизи температуры на впускном конце сжижающего блока.

[0053]

Согласно девятнадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар (23), который принимает газообразный материал, сжатый первым компрессором, и второй охлаждающий блок (85), который устанавливается между первым компрессором и первым разделяющим газовую и жидкую фазы резервуаром для охлаждения сжатого газа, выпускаемого из первого компрессора.

[0054]

Согласно девятнадцатому аспекту настоящего изобретения, газообразный материал, который вводится в первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар, не обязательно должен охлаждаться посредством сжижающего блока, и, таким образом, может уменьшаться нагрузка на сжижающий блок.

[0055]

Согласно двадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая второй разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар (25) для приема части сжатого газа, который сжимается и отделяется первым компрессором, и жидкофазный компонент, отделенный вторым разделяющим газовую и жидкую фазы резервуаром, возвращается в дистилляционный блок.

[0056]

Согласно двадцатомуаспекту настоящего изобретения, даже когда критическое давление газообразного материала является относительно низким, и давление газообразного материала, который подвергается обработке посредством сжижающей системы, составляет более чем критическое давление, сжижающая нагрузка сжижающего блока может уменьшаться, и может повышаться устойчивость процесса в дистилляционном блоке.

[0059]

Согласно двадцать первому аспекту настоящего изобретения, предлагается способ сжижения природного газа посредством охлаждения природного газа для производства сжиженного природного газа, включающий: первую стадию расширения для производства энергии за счет использования природного газа под давлением в качестве газообразного материала; первую стадию охлаждения для охлаждения газообразного материала, имеющего пониженное давление за счет расширения на первой стадии расширения; стадию дистилляции для уменьшения содержания или удаления тяжелого компонента, содержащегося в газообразном материале, посредством дистилляции газообразного материала, охлажденного на первой стадии охлаждения; и первую стадию сжатия для сжатия газообразного материала, из которого частично или полностью удалены тяжелые компоненты на стадии дистилляции, за счет использования энергии, производимой на первой стадии расширения; и стадию сжижения для сжижения газообразного материала, сжатого на первой стадии сжатия посредством теплообмена с хладагентом.

[0060]

Согласно двадцать второму аспекту настоящего изобретения, предлагается способ сжижения природного газа посредством охлаждения природного газа для производства сжиженного природного газа, включающий: первую стадию расширения для производства энергии посредством расширения природного газа под давлением в качестве газообразного материала; первую стадию охлаждения для охлаждения газообразного материала, по меньшей мере, до или после первой стадии расширения; стадию дистилляции для уменьшения содержания или удаления тяжелого компонента, содержащегося в газообразном материале, посредством дистилляции газообразного материала, охлажденного на первой стадии охлаждения; первую стадию сжатия для сжатия газообразного материала, из которого частично или полностью удалены тяжелые компоненты на стадии дистилляции; и стадия сжижения для сжижения газофазного компонента отделенного от газообразного материала, сжатого на первой стадии сжатия посредством теплообмена с хладагентом.

Эффект изобретения

[0061]

Как можно понять из приведенного выше описания, сжижающая система для сжижения природного газа согласно настоящему изобретению обеспечивает повышение давления на выпуске компрессора за счет использования энергии, производимой расширителем, благодаря расширению газообразного материала, и уменьшение охлаждающей способности, которая требуется для охлаждающего блока.

Краткое описание чертежей

[0062]

Фиг. 1 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как первый вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в традиционной системе для сжижения природного газа, приведенной как первый пример для сравнения;

фиг. 3 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в традиционной системе для сжижения природного газа, приведенной как второй пример для сравнения;

фиг. 4 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как первая модификация первого варианта осуществления;

фиг. 5 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как вторая модификация первого варианта осуществления;

фиг. 6 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как третья модификация первого варианта осуществления;

фиг. 7 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как второй вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 8 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как третий вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 9 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как модификация третьего варианта осуществления;

фиг. 10 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как четвертый вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 11 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как пятый вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 12 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как шестой вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 13 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как первая модификация шестого варианта осуществления;

фиг. 14 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как вторая модификация шестого варианта осуществления;

фиг. 15 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как третий вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 16 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как четвертый вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 17 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как девятый вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 18 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как модификация девятого варианта осуществления;

фиг. 19 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как десятый вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 20 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как одиннадцатый вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 21 представляет диаграмму, иллюстрирующую первый вариант соединительной конструкции между расширителем и компрессором в системе для сжижения природного газа согласно настоящему изобретению; и

фиг. 22 представляет диаграмму, иллюстрирующую второй вариант соединительной конструкции между расширителем и компрессором в системе для сжижения природного газа согласно настоящему изобретению.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

[0063]

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описываются далее со ссылкой на прилагаемые чертежи.

[0064]

(Первый вариант осуществления)

Фиг. 1 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как первый вариант осуществления настоящего изобретения. Таблица 1, которая будет приведена ниже, представляет результаты моделирования процесса сжижения в системе для сжижения природного газа. Аналогичные результаты представляют таблицы 2-12. Таблица 1 представляет температуру, давление, скорость потока и молярный состав природного газа, который подвергается сжижению, в каждой из различных точек сжижающей системы согласно первому варианту осуществления. В таблице 1 столбцы (i)-(ix) представляют значения в соответствующих точках сжижающей системы 1, обозначенных соответствующими римскими числами (i)-(ix) на фиг. 1.

[0065]

Природный газ, содержащий приблизительно от 80 до 98 мол.% метана, используется в качестве газообразного материала или исходного газа. Газообразный материал также содержит, по меньшей мере, углеводороды C5+, составляющие, по меньшей мере, 0,1 мол.%, или BTX (бензол, толуол, ксилол), составляющие, по меньшей мере, 1 молярную часть на миллион и представляющие собой тяжелые компоненты. Компоненты газообразного материала, которые не представляют собой метан, проиллюстрированы в столбце (i) таблицы 1. Термин "газообразный материал", который используется в настоящем описании, означает материал, который не обязательно должен присутствовать в газообразной форме, но может также присутствовать в форме жидкости после различных стадий сжижения.

[0066]

В этой сжижающей системе 1 газообразный материал направляется в обезвоживающий блок 2 через трубопровод L1 и освобождается от влаги в целях предотвращения проблем, вызываемых образованием льда. Газообразный материал, поступающий в обезвоживающий блок 2, имеет температуру, составляющую приблизительно 20 градусов Цельсия, давление, составляющее приблизительно 5830 кПа (абс.), и скорость потока, составляющую приблизительно 720000 кг/час. Обезвоживающий блок 2 может состоять из колонн, которые заполняет влагопоглотитель (такой как молекулярное сито), и он может уменьшать влагосодержание газообразного материала до менее чем 0,1 молярной части на миллион. Обезвоживающий блок 2 может состоять из любых других известных устройств, которые способны устанавливать влагосодержание газообразного материала ниже желательного уровня.

[0067]

Хотя ниже не представлено подробное обсуждение, в сжижающей системе 1 могут использоваться дополнительные известные устройства для осуществления предварительных технологических стадий, которые предшествуют технологической стадии в обезвоживающем блоке 2, такие как разделительный блок для отделения конденсата природного газа, отделяющий кислые газы блок для удаления кислых газов, таких как диоксид углерода и сероводород, и отделяющий ртуть блок для удаления ртути. Как правило, в обезвоживающий блок 2 поступает газообразный материал, от которого отделены примеси посредством использования таких устройств. Газообразный материал, который направляется в обезвоживающий блок 2, предварительно обрабатывается таким образом, что содержание диоксида углерода (CO₂) составляет менее чем 50 молярных частей на миллион, содержание сероводорода (H₂S) составляет менее чем 4 молярные части на миллион, содержание серы составляет менее чем 20 мг/нм³, и содержание ртути составляет менее чем 10 нг/нм³.

[0068]

Источник газообразного материала может не ограничиваться каким-либо определенным источником, но может представлять собой, не исключительно, сланцевый газ, газ плотных песчаных коллекторов и остающийся в кровле прослоек угля метан в сжатом состоянии. Газообразный материал может поступать не только из источника, такого как газовое месторождение, через трубопровод, но также из резервуаров для хранения.

[0069]

Газообразный материал, от которого вода отделяется в обезвоживающем блоке 2, направляется в первый расширитель 3 через трубопровод L2. Первый расширитель 3 состоит из турбины, которая уменьшает давление природного газа, поступающего в него, и производит мощность (или энергию) в процессе расширения природного газа в изоэнтропических условиях. Когда осуществляется стадии расширения (первая стадия расширения) в первом расширителе 3, давление и температура материала уменьшаются. Первый расширитель 3 имеет общий вал 5 с первым компрессором 4 (который будет обсуждаться далее), таким образом, что энергия, производимая первым расширителем 3 может использоваться в качестве источника энергии для первого компрессора 4. Если скорость вращения первого расширителя 3 составляет менее чем скорость вращения первого компрессора 4, подходящая повышающая скорость зубчатая передача может быть установлена между первым расширителем 3 и первым компрессором 4. Первый расширитель 3 уменьшает температуру газообразного материала до приблизительно 8,3 градусов Цельсия и уменьшает давление до приблизительно 4850 кПа (абс.), соответственно. Как правило, давление газообразного материала, который выпускается из первого расширителя 3, находится в интервале от 3000 кПа (абс.) до 5500 кПа (абс.) (от 30 бар (абс.) до 55 бар (абс.)) или предпочтительнее в интервале от 3500 кПа (абс.) до 5000 кПа (абс.) (от 35 бар (абс.) до 50 бар (абс.)).

[0070]

Газообразный материал из первого расширителя 3 направляется в холодильник 11 через трубопровод L3. Охлаждающий блок (первый охлаждающий блок) образуется посредством присоединения следующего холодильника 12 к расположенному ниже по потоку концу холодильника 11. Газообразный материал охлаждается посредством ступенчатого теплообмена с хладагентом (первая стадия охлаждения) в первом охлаждающем блоке 11, 12. Температура газообразного материала, который подвергается охлаждению посредством первого охлаждающего блока 11, 12, находится в интервале от -20 до -50 градусов Цельсия или предпочтительнее в интервале от -25 до -35 градусов Цельсия. Если газообразный материал, который вводится в сжижающую систему 1, имеет относительно высокое давление, составляющее, например, более чем 100 бар (абс.), первый охлаждающий блок 11, 12 может отсутствовать, поскольку температура газообразного материала на выпуске первого расширителя 3 является относительно низкой, составляя, например, -30 градусов Цельсия. Возможность исключения охлаждающего блока на расположенной выше по потоку стороне дистилляционного блока 15 распространяется в равной степени на варианты осуществления, проиллюстрированные на фиг. 4-18, 20 и 33, которые будет обсуждаться далее.

[0071]

Согласно настоящему варианту осуществления, в системе используется предварительно охлажденный смешанный хладагент на основе пропана (П-СХ). Газообразный материал предварительно охлаждается в первом охлаждающем блоке 11, 12 за счет использования пропана в качестве хладагента, а затем подвергается переохлаждению до чрезвычайно низкой температуры в целях сжижения газообразного материала в холодильном цикле мс использованием смешанного хладагента, как будет обсуждаться далее. Пропан в качестве хладагента (ПХ), имеющий среднее давление (СД) и низкое давление (LP), используется для охлаждения газообразного материала на множестве ступеней (на двух ступенях согласно проиллюстрированному варианту осуществления) в первом охлаждающем блоке 11, 12. Хотя это не проиллюстрировано на чертежах, первый охлаждающий блок 11, 12 образует часть общеизвестного холодильного цикла, включающего компрессоры и конденсаторы для пропана в качестве хладагента.

[0072]

Сжижающая система 1 не обязательно должна представлять собой систему на основе П-СХ, но может использоваться и каскадная система, в которой множество отдельных холодильных циклов образуются за счет использования соответствующих хладагентов (таких как метан, этан и пропан), имеющих различные температура кипения, система на основе двойного смешанного хладагента (ДСХ), в которой используется смешанная среда, такая как смесь этана и пропана для процесса предварительного охлаждения, и каскадная система на основе смешанной текучей среды (СТС), в которой используются различные смешанные хладагенты отдельно для индивидуальных циклов предварительного охлаждения, сжижения и переохлаждения, а также и другие возможности.

[0073]

Газообразный материал из холодильника 12 направляется в дистилляционный блок 15 через трубопровод L4. Давление газообразного материала в этой точке должно составлять менее чем критическое давление метана и более тяжелых компонентов посредством расширения в первом расширителе 3 и других необязательных процессов. Дистилляционный блок 15 составляет, в основном, дистилляционная колонна, внутри которой установлены многочисленные тарелки, с которых выводятся тяжелые компоненты газообразного материала на стадии дистилляции. Жидкость, которую составляют тяжелые компоненты, выпускается через трубопровод L5, присоединенный к нижнему торцу дистилляционной колонны дистилляционного блока 15. Жидкость, которую составляют тяжелые компоненты, и которая выпускается из дистилляционного блока 15 через трубопровод L5, имеет температуру, составляющую приблизительно 177 градусов Цельсия, и скорость потока, составляющую приблизительно 20000 кг/час. Термин "тяжелые компоненты" означает компоненты, такие как бензол, которые имеют высокие температуры замерзания, а также компоненты, имеющие менее высокие температуры кипения, такие как углеводороды C5+. Трубопровод L5 включает рециркуляционный блок, включающий ребойлер 16, который нагревает часть жидкости, выпускаемой из нижней части дистилляционной колонны дистилляционного блока 15, посредством теплообмена с паром (или маслом), поступающим в ребойлер 16 из внешнего источника, и осуществляется рециркуляция нагретой жидкости обратно в дистилляционный блок 15.

[0074]

Верхняя фракция из дистилляционного блока 15, которую составляют легкие компоненты газообразного материала, состоит, в основном, из метана, имеющего низкую температуру кипения, и этот газообразный материал вводится в сжижающий блок 21 через трубопровод L6 и подвергается охлаждению в трубопроводных системах 22a и 22b. Газообразный материал, который направляется в трубопровод L5, имеет температуру, составляющую приблизительно -45,6 градусов Цельсия, и давление, составляющее приблизительно 4700 кПа (абс.). Газообразный материал, освобожденный от более тяжелых компонентов в дистилляционном блоке 15, содержит менее чем 0,1 мол.% C5+ и менее чем 1 молярную часть на миллион BTX (бензол, толуол и ксилол). В процессе прохождения через трубопроводные системы 22a и 22b, газообразный материал охлаждается до приблизительно -65,2 градусов Цельсия, а затем направляется из сжижающего блока 21 в первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23 через трубопровод L7.

[0075]

Как будет обсуждаться далее, в сжижающей системе 1 сжижающий блок 21 составляет, в первую очередь, основной теплообменник, и этот теплообменник представляет собой теплообменник катушечного типа, включающий оболочку и спирали из теплообменных трубок, по которым перемещаются газообразный материал и хладагент. В сжижающем блоке 21 определяются теплая область Z1, которая располагается в нижней части блока, предназначается для приема смешанного хладагента и имеет наиболее высокий температурный уровень (интервал), промежуточная область Z2, которая располагается в промежуточной части блока и имеет менее высокую температуру, чем теплая область Z1, и холодная область, которая располагается в верхней части блока, предназначается для выпуска сжиженного газообразного материала и имеет наименьшую температуру. Согласно первому варианту осуществления, теплую область Z1 составляют более теплая область Z1a на высокотемпературной стороне и менее теплая область Z1b на низкотемпературной стороне. Трубопроводные системы 22a и 22b, а также трубопроводные системы 42a, 51a, и 42b и 51b, через которые проходит смешанный хладагент, составляют пучки труб, находящиеся в более теплой области Z1a и менее теплой области Z1b, соответственно. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления, температура более теплой области Z1a составляет приблизительно -35 градусов Цельсия на расположенной выше по потоку стороне (стороне впуска) газообразного материала, которая должна охлаждаться, и приблизительно -50 градусов Цельсия на расположенной ниже по потоку стороне (стороне выпуска) газообразного материала. Температура менее теплой области Z1b составляет приблизительно -50 градусов Цельсия на расположенной выше по потоку стороне газообразного материала и приблизительно -135 градусов Цельсия на расположенной ниже по потоку стороне газообразного материала. Температура промежуточной области Z2 составляет приблизительно -65 градусов Цельсия на расположенной выше по потоку стороне газообразного материала и приблизительно -135 градусов Цельсия на расположенной ниже по потоку стороне газообразного материала. Температура холодной области Z3 составляет приблизительно -135 градусов Цельсия на расположенной выше по потоку стороне газообразного материала, и приблизительно -155 градусов Цельсия на расположенной ниже по потоку стороне газообразного материала. Температуры на расположенной выше по потоку стороне и расположенной ниже по потоку стороне каждой области не ограничиваются значениями, которые представлены выше, и температура в каждой из этих частей может изменяться в пределах заданного интервала, составляющего, например, ±5 градусов Цельсия).

[0076]

Первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23 разделяет жидкофазный компонент (конденсат) газообразного материала, и эта жидкость, которую составляют, в основном, углеводороды, возвращается обратно в дистилляционный блок 15 посредством рециркуляционного насоса 24, установленного в трубопроводе L8. Газофазный компонент газообразного материала, получаемый в первом разделяющем газовую и жидкую фазы резервуаре 23 и состоящий, главным образом, из метана, направляется в первый компрессор 4 через трубопровод L9. Газообразный материал пропускается через трубопровод L8 при скорости потока, составляющей приблизительно 83500 кг/час, и пропускается через трубопровод L6 при скорости потока, составляющей приблизительно 780000 кг/час. Первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23 может также охлаждаться посредством использования смешанного хладагента или этиленового хладагента.

[0077]

Первый компрессор 4 представляет собой одноступенчатый центробежный компрессор, имеющий турбинные лопатки для сжатия газообразного материала и установленный на общий вал 5 с первым расширителем 3. Газообразный материал, сжатый первым компрессором 4 (первая стадия сжатия), вводится в сжижающий блок 21 через трубопровод L10. Газообразный материал, который выпускается первым компрессором 4 в трубопровод L10, имеет температуру, составляющую приблизительно -51 градусов Цельсия, и давление, составляющее приблизительно 5500 кПа (абс.). Газообразный материал, вводимый в сжижающий блок 21, сжимается первым компрессором 4 до давления, предпочтительно превышающего, по меньшей мере, 5171 кПа (абс.).

[0078]

Трубопровод L10 присоединяется к трубопроводной системе 30, которая располагается в теплой области Z1b сжижающего блока 21, и расположенный выше по потоку конец этой трубопроводной системы 30 присоединяется к трубопроводной системе 31 в промежуточной области Z2, а затем к трубопроводной системе 32, которая располагается в холодной области Z3. После сжижения и переохлаждения в процессе протекания через трубопроводные системы 31 и 32 природный газ направляется для цели хранения в резервуар сжиженного природного газа (СПГ), который не проиллюстрирован на чертежах, через расширительный клапан 33, установленный в трубопроводе L11. Газообразный материал, обработанный на стадии сжижения, приобретает температуру, составляющую -162 градуса Цельсия, и давление, составляющее приблизительно 120 кПа (абс.), в расположенном ниже по потоку конце расширительного клапана 33.

[0079]

Газообразный материал, протекающий через сжижающий блок 21, охлаждается посредством холодильного цикла с использованием смешанных хладагентов. Согласно проиллюстрированному варианту осуществления, каждый из смешанных хладагентов может содержать азот в качестве дополнения к смеси углеводородов, содержащей метан, этан и пропан, но он может также иметь другой общеизвестный состав, при том условии, что может быть достигнута требуемая охлаждающая способность.

[0080]

В сжижающем блоке 21 имеющий высокое давление (ВД) смешанный хладагент (СХ) направляется в сепаратор хладагента 41 через трубопровод L12. Смешанный хладагент, который составляет жидкофазный компонент в сепараторе хладагента 41, вводится в сжижающий блок 21 через трубопровод L13, а затем протекает вверх в сжижающем блоке 21 через трубопроводные системы 42a и 42b, расположенные в теплых областях Z1a и Z1b, соответственно, и трубопроводную систему 43, расположенную в промежуточной области Z2. Смешанный хладагент затем расширяется в расширительном клапане 44, установленном в трубопроводе L14, и частично подвергается быстрому испарению.

[0081]

После пропускания через расширительный клапан 44, смешанный хладагент выпускается вниз (таким образом, что его поток является противоположным потоку газообразного материала в сжижающем блоке 21) из распылительного коллектора 45, установленного в верхней части промежуточной области Z2. Смешанный хладагент, выпускаемый из распылительного коллектора 45, протекает вниз, и при этом осуществляется теплообмен с промежуточным пучком трубок, образованном трубопроводными системами 31, 43 и 52 (последняя трубопроводная система будет обсуждаться далее), которые располагаются в промежуточной области Z2, и с нижним пучком трубок, образованным трубопроводными системами 22a, 22b, 30, 42a, 42b, 51a и 51b (две последние трубопроводные системы будут обсуждаться далее), которые располагаются в теплой области Z1.

[0082]

Смешанный хладагент, который составляет газовую фазу сепаратора хладагента 41, вводится в сжижающий блок 21 через трубопровод L15, а затем протекает вверх в сжижающем блоке 21 посредством протекания через трубопроводные системы 51a и 51b, расположенные в теплых областях Z1a и Z1b, трубопроводную систему 52 в промежуточной области Z2 и трубопроводную систему 53, расположенную в холодной области Z3. Смешанный хладагент затем расширяется в расширительном клапане 54, установленном в трубопроводе L16, и частично подвергается быстрому испарению.

[0083]

Смешанный хладагент, который пропускается через расширительный клапан 54, при этом охлаждается до температуры ниже температуры кипения метана (в данном случае приблизительно -167 градусов Цельсия), и выпускается вниз из распылительного коллектора 55 расположенный в верхней части холодной области Z3 (или протекает в противоположном направлении по отношению к потоку газообразного материала в сжижающем блоке 21). Смешанный хладагент, выпускаемый из распылительного коллектора 55, протекает вниз, и при этом осуществляется теплообмен с верхним пучком трубок, образованным трубопроводными системами 32 и 53, которые располагаются в холодной области Z3, и после смешивания со смешанным хладагентом, который выпускается из распылительного коллектора 45, расположенного ниже, протекает вниз, и при этом осуществляется теплообмен с промежуточным пучком трубок, образованным трубопроводными системами 31, 43 и 52, которые располагаются в промежуточной области Z2, и нижним пучком трубок, образованным трубопроводными системами 22a, 22b, 30, 42a, 42b, 51a и 51b, которые располагаются в теплой области Z1.

[0084]

Смешанный хладагент, выпускаемый из распылительных коллекторов 45 и 55, в конечном счете, выпускается через трубопровод L17, присоединенный к нижнему торцу сжижающего блока 21, как имеющий низкое давление (НД) газообразный смешанный хладагент (СХ). Устройства для смешанного хладагента, которые установлены в сжижающем блоке 21 (такие как сепаратор хладагента 41), образуют часть общеизвестного холодильного цикла для смешанного хладагента, и смешанный хладагент, выпущенный в трубопровод L17, возвращается в сепаратор хладагента 41 через трубопровод L12 после пропускания через компрессоры и конденсаторы.

[0085]

Как обсуждается выше, газообразный материал, который вводится в сжижающую систему 1, эффективно подвергается сжижению после того, как для его обработки осуществляются стадия расширения, стадия охлаждения, стадия дистилляции, стадия сжатия и стадия сжижения. Эта сжижающая система может применяться, например, к имеющей нормативную загрузку установке для сжижения для производства сжиженного природного газа (СПГ), который составляет, главным образом, метан, из газообразного материала, добываемого на газовом месторождении.

[0086]

Таблица 1

[0087]

(Первый и второй примеры для сравнения)

Фиг. 2 и 3 представляют диаграммы, иллюстрирующие технологические процессы сжижения в традиционных системах для сжижения природного газа, приведенные как первый и второй пример для сравнения с первым вариантом осуществления настоящего изобретения. В традиционных системах 101 и 201 для сжижения природного газа части, соответствующие частям сжижающей системы согласно первому варианту осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами. Таблицы 2 и 3 представляют температуру, давление, скорость потока и молярные доли газообразного материала в сжижающих системах в первом и втором примерах для сравнения, соответственно. Следует отметить, что сжижающая система 201 во втором примере для сравнения представляет собой систему на основе предшествующего уровня техники описанный в патентном документе 1 (патент США № 4065278).

[0088]

Как проиллюстрировано на фиг. 2, в сжижающей системе 101 согласно первому примеру для сравнения отсутствуют первый расширитель 3 и первый компрессор 4, которые используются в сжижающей системе 1 согласно первому варианту осуществления, и газообразный материал, выпускаемый из обезвоживающего блока 2 направляется в холодильник 110 через трубопровод L101. Охлаждающий блок образуется посредством присоединения холодильника 11 и холодильника 12 к расположенному ниже по потоку концу холодильника 110 в последовательном соединении, таким образом, что газообразный материал последовательно охлаждается в процессе теплообмена в трех холодильниках 110, 11 и 12, в которых в качестве хладагента используется пропан, имеющий высокое давление (ВД), среднее давление (СД) и низкое давление (НД), соответственно. Газообразный материал, выпускаемый из холодильника 12 через расположенный ниже по потоку конец, имеет температуру, составляющую приблизительно -34,5 градусов Цельсия, и давление, составляющее приблизительно 5680 кПа (абс.). Газообразный материал затем подвергается снижению давления в процессе расширения в расширительном клапане 113 в трубопроводе L4, а затем вводится в дистилляционный блок 15.

[0089]

В сжижающей системе 101 газообразный материал, который образует газофазный компонент в первом разделяющем газовую и жидкую фазы резервуаре 23 и состоит, в основном, из метана, вводится в трубопроводную систему 31, расположенную в промежуточной области Z2 сжижающего блока 21, через трубопровод L102. Газообразный материал, который выпускается из первого разделяющего газовую и жидкую фазы резервуара 23 в трубопровод L12, имеет температуру, составляющую приблизительно -65,3 градусов Цельсия, и давление, составляющее приблизительно 4400 кПа (абс.).

[0090]

Таблица 2

[0091]

Как проиллюстрировано на фиг. 3, сжижающая система 201 во втором примере для сравнения представляет собой усовершенствование сжижающей системы 101 в первом примере для сравнения, и в ней присутствуют первый расширитель 3 и первый компрессор 4. Однако, в отличие от первого расширителя 3, который используется в сжижающей системе 1 согласно первому варианту осуществления, расширитель 3 располагается на расположенной ниже по потоку стороне охлаждающего блока (который в данном случае составляют три холодильника 110, 11 и 12). В сжижающей системе 201 газообразный материал, выпускаемый из холодильника 12, направляется в сепаратор 213, где он разделяется на газообразный и жидкий компоненты. Газообразный материал, который образует газофазный компонент в сепараторе 213, направляется в расширитель 3, где он расширяется, а затем направляется в дистилляционный блок 15 через трубопровод L204. Часть газообразного материала, который образует жидкий компонент в сепараторе 213, выпускается в трубопровод L205, в котором установлен расширительный клапан 214. Жидкость, которая расширяется в расширительном клапане 214, затем направляется в дистилляционный блок 15 через трубопровод L204 вместе с газообразным материалом из расширителя 3.

[0092]

Сжижающая система 201 является аналогичной системе согласно первому варианту осуществления, если рассматривается та ее часть, которая располагается ниже по потоку относительно дистилляционного блока 15, и газообразный материал, который выпускается в трубопровод L10 посредством компрессора 4, имеет температуру, составляющую приблизительно -54,7 градусов Цельсия, и давление, составляющее приблизительно 5120 кПа (абс.).

[0093]

Таблица 3

[0094]

Как можно понять, сравнивая первый и второй примеры для сравнения с настоящим изобретением, сжижающая система 1 согласно настоящему изобретению обеспечивает увеличенное производство энергии посредством расширения газообразного материала, имеющего более высокую температуру и более высокое давление, поскольку первый расширитель 3 находится на расположенной выше по потоку стороне первого охлаждающего блока 11, 12, по сравнению со сжижающей системой 201 согласно второму примеру, которая имеет расширитель 3, находящийся на расположенной ниже по потоку стороне охлаждающего блока 110, 11, 12. В результате этого первый компрессор 4 может приводиться в действие с увеличением мощности (или давление на выпуске первого компрессора 4 может увеличиваться), таким образом, что давление газообразного материала, вводимого в сжижающий блок 21, может увеличиваться, и эффективность процесса сжижения в сжижающем блоке 21 может предпочтительно повышаться.

[0095]

Сжижающая система 1 согласно проиллюстрированному варианту осуществления обеспечивает дополнительное преимущество уменьшения требуемой охлаждающей способности охлаждающего блока (и в результате этого может отсутствовать холодильник 110 во втором примере для сравнения), поскольку температура газообразного материала уменьшается посредством расширения газообразного материала в первом расширителе 3, благодаря тому, что первый расширитель 3 находится на расположенной выше по потоку стороне первого охлаждающего блока 11, 12. В сжижающей системе 1 согласно проиллюстрированному варианту осуществления может отсутствовать разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар (сепаратор 213), который отделяет конденсат газообразного материала и располагается между охлаждающим блоком и расширителем 3.

[0096]

(Первая модификация первого варианта осуществления)

Фиг. 4 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как первая модификация первого варианта осуществления. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 4, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 согласно первому варианту осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0097]

В сжижающей системе согласно первому варианту осуществления, эксплуатируется каскадная охлаждающая система с использованием метана и этилена в качестве хладагентов. Основной теплообменник составляют метановый теплообменник 21a и этиленовый теплообменник 21b, каждый из которых представляет собой теплообменник пластинчато-ребристого типа, а не катушечного теплообменник (сжижающий блок 21) согласно первому варианту осуществления.

[0098]

В метановом теплообменнике 21a определяются теплая область, имеющая первый теплообменный блок 61, в который поступает имеющий высокое давление (ВД) метановый хладагент (МХ), промежуточная область, имеющая второй теплообменный блок 62, в который поступает имеющий среднее давление (СД) метановый хладагент, и холодная область, имеющая третий теплообменный блок 63, в который поступает имеющий низкое давление (НД) метановый хладагент.

[0099]

В этиленовом теплообменнике 21b определяются теплая область, имеющая четвертый теплообменный блок 64, в который поступает имеющий высокое давление (ВД) этиленовый хладагент (ЭХ), промежуточная область, имеющая пятый теплообменный блок 65, в который поступает имеющий среднее давление (СД) этиленовый хладагент, и холодная область, имеющая шестой теплообменный блок 66, в который поступает имеющий низкое давление (НД) этиленовый хладагент.

[0100]

Газообразный материал, который отделяется в качестве верхней фракции в дистилляционном блоке 15, вводится в сжижающий блок 21 через трубопровод L6 и охлаждается посредством седьмого теплообменного блока 22, расположенного в теплой области и промежуточной области этиленового теплообменника 21b. Газообразный материал, сжатый первым компрессором 4, направляется в этиленовый теплообменник 21b через трубопровод L10. Газообразный материал, который протекает через трубопровод L10, вводится в восьмой теплообменный блок 67, расположенный в промежуточной области и холодной области этиленового теплообменника 21b в виде двух ступеней. Газообразный материал, выпускаемый из этиленового теплообменника 21b, вводится в девятый теплообменный блок 68, проходящий от теплой области до холодной области этанового теплообменника 21a, и охлаждается в теплой области, промежуточной области и холодной области на трех ступенях.

[0101]

В сжижающей системе 1 согласно первой модификации первого варианта осуществления настоящего изобретения преимущество возможного изменения точки присоединения трубопровода L10 к основному теплообменнику (точки введения газообразного материала в этиленовый теплообменник 21b) может быть достигнуто благодаря использованию пластинчато-ребристого теплообменника в качестве основного теплообменника. Таким образом, даже когда уровень температуры газообразного материала, который протекает через трубопровод L10, повышается вместе повышением его давления, посредством изменения точка введения газообразного материала в теплообменник в зависимости от уровня температуры газообразного материала (или посредством установления температуры материала вблизи температуры в точке введения в теплообменник), тепловая нагрузка на теплообменник может уменьшаться, и эффективность процесса сжижения может увеличиваться.

[0110]

(Вторая модификация первого варианта осуществления)

Фиг. 5 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как вторая модификация первого варианта осуществления настоящего изобретения. Таблица 4 представляет температуру, давление, скорость потока и молярный состав природного газа, который подвергается сжижению, в каждой из различных точек сжижающей системы согласно шестой модификации в качестве примера. Таблица 5 представляет температуру, давление, скорость потока и состав хладагента в холодильном цикле для смешанного хладагента, используемого в сжижающей системе в качестве примера. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 5, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 согласно первому варианту осуществления (включая соответствующие модификации) обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0111]

Как проиллюстрировано на фиг. 5.. Трубопровод L10 в этом случае присоединяется к трубопроводной системе 31, которая располагается в промежуточной области Z2 сжижающего блока 21. Фиг. 5 также представляет структуру холодильного цикла системы 70 с использованием смешанных хладагентов, которые присутствуют в сжижающей системе 1. Газообразный материал в этом случае представляет собой природный газ (высококалорийный газ), содержащий на относительно высоких уровнях тяжелые компоненты (высшие углеводороды), как проиллюстрировано в таблице 4. Посредством соответствующего регулирования расширения газообразного материала в первом расширителе 3 верхняя фракция из дистилляционного блока 15 имеет относительно низкое давление, составляющее приблизительно 3300 кПа (абс.) по сравнению с первым вариант осуществления. В результате этого, по сравнению с процессом сжижения низкокалорийного газа, такого как газ, обсуждаемый в сочетании с первым вариантом осуществления, природный газ в жидкой форме можно получать с относительно высокой эффективностью (например, приблизительно 89% пропана и приблизительно 100% бутана) через трубопровод L5, присоединенный к нижнему торцу дистилляционного блока 15.

[0112]

В холодильной циклической системе 70 смешанный хладагент, который имеет относительно низкое давление, составляющее приблизительно 320 кПа (абс.), и выпускается из сжижающего блока 21 через трубопровод L17, сжимается (первая ступень) посредством первого компрессора хладагента 17, охлаждается первым промежуточный холодильник 27, сжимается (вторая ступень) посредством второго компрессора хладагента 18, охлаждается вторым промежуточным холодильником 28, сжимается (третья ступень) посредством третьего компрессора хладагента 19 и охлаждается третьим промежуточным холодильником 29. Смешанный хладагент затем дополнительно охлаждается последовательными холодильниками, включая первый, второй, третий и четвертый холодильники хладагента 34-37, и вводится в сепаратор хладагента 41 через трубопровод L12. Первый, второй, третий и четвертый холодильники хладагента 34-37 охлаждают смешанный хладагент ступенчатым образом посредством теплообмена с имеющим сверхвысокое давление (СВД), высокое давление (ВД), среднее давление (СД) и низкое давление (НД) пропаном в качестве хладагента.

[0113]

Как обсуждается выше, холодильная циклическая система 70 включает устройства для предварительного охлаждения пропана, которые не проиллюстрированы на чертежах, в целях охлаждения газообразного материала перед введением в сжижающий блок 21, и для этой цели используется пропан в качестве хладагента. Такая холодильная циклическая система 70 может также применяться согласно другим вариантам осуществления (включая соответствующие модификации).

[0114]

Таблица 4

[0115] Таблица 5

[0116]

(Третья модификация первого варианта осуществления)

Фиг. 6 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как третья модификация первого варианта осуществления настоящего изобретения. Таблица 6 представляет температуру, давление, скорость потока и молярный состав природного газа, который подвергается сжижению, в каждой из различных точек сжижающей системы согласно седьмой модификации в качестве примера. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 6, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 согласно первому варианту осуществления (включая соответствующие модификации) обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0117]

Согласно третьей модификации, высококалорийный газ используется в качестве газообразного материала аналогично второй модификации, и эта модификация оказывается предпочтительной, когда газообразный материал имеет такой состав, что его критическое давление является относительно высоким. В сжижающей системе 1 третий холодильник 86, в котором используется имеющий низкое давление (НД) пропан в качестве хладагента (ПХ), устанавливается в трубопроводе L6, который присоединяет дистилляционный блок 15 к первому разделяющему газовую и жидкую фазы резервуару 23, и второй холодильник 85, в котором используется аналогичный пропан низкого давления в качестве хладагента, устанавливается в трубопроводе L10, который присоединяет первый компрессор 4 к сжижающему блоку 21. Таким образом, газообразный материал, выпускаемый из дистилляционного блока 15 в трубопровод L6, охлаждается третьим холодильником 86, и вводится в первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23. Таким образом, согласно третьей модификации, газообразный материал, который вводится в первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23, не обязательно должен охлаждаться посредством сжижающего блока 21 (трубопроводной системы 22), в отличие от других модификаций, таких как вторая модификация, таким образом, что нагрузка в процессе сжижения на сжижающий блок 21 может уменьшаться.

[0118]

Газообразный материал, который выпускается из первого компрессора 4 в трубопровод L10, охлаждается вторым холодильником 85, а затем вводится в сжижающий блок 21. В этом случае расположенный ниже по потоку конец трубопровода L10 присоединяется к трубопроводной системе 30, которая располагается в теплой области Z1 или в наиболее теплой части сжижающего блока 21. Таким образом, согласно седьмой модификации, даже когда уровень температуры газообразного материала должен превышать верхний предел соответствующего интервала, благодаря сжатию газообразного материала, охлаждение во втором холодильнике 85 может устанавливать температуру газообразного материала вблизи уровня температуры теплой области Z1 сжижающего блока 21, таким образом, что тепловая нагрузка (тепловое напряжение) на сжижающий блок 21 может уменьшаться.

[0119]

Таблица 6

[0122]

(Второй вариант осуществления)

Фиг. 7 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как второй вариант осуществления настоящего изобретения. Таблица 7 представляет температуру, давление, скорость потока и молярный состав природного газа, который подвергается сжижению, в каждой из различных точек сжижающей системы согласно второму варианту осуществления в качестве примера. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 7, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 согласно первому варианту осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0123]

Сжижающая система 1 согласно второму варианту осуществления дополнительно включает четвертый компрессор 71 для подачи газа и четвертый холодильник 72 на расположенном выше по потоку конце трубопровода L1 для введения газообразного материала в обезвоживающий блок 2. В этой сжижающей системе 1 газообразный материал, который поступает из трубопровода L18, сжимается четвертым компрессором 71 для подачи газа и охлаждается четвертым холодильником 72, присоединенным к его расположенному ниже по потоку концу, перед тем, как он поступает в обезвоживающий блок 2.

[0124]

В этой сжижающей системе 1 согласно второму варианту осуществления, даже когда давление газообразного материала, который направляется в сжижающую систему 1, является относительно низким, газообразный материал может подвергаться сжатию до желательного давления четвертым компрессором 71 для подачи газа, таким образом, что газообразный материал, который поступает из первого компрессора 4 в сжижающий блок 21, может поддерживаться при относительно высоком уровне давления, составляющем в этом случае приблизительно 6800 кПа (абс.). Эта сжижающая система 1 является особенно подходящей для обработки газообразного материала из источника при относительном низком давлении, такого как сланцевый газ.

[0125]

Кроме того, поскольку сжижающая система 1 согласно второму варианту осуществления может поддерживать температуру газообразного материала, который поступает из первого компрессора 4 в сжижающий блок 21, на относительно высоком уровне, благодаря присутствию четвертого компрессора 71 для подачи газа, трубопровод L10 может присоединяться к трубопроводной системе 30, которая располагается в теплой части или теплой области Z1 сжижающего блока 21 (точка введения смешанного хладагента, имеющего практически такой же уровень температуры, в качестве газообразного материала, который вводится в сжижающий блок, 21). После этого обеспечивается поток газообразного материала из трубопроводной системы 30 в трубопроводную систему 31, расположенную в промежуточной области Z2, а затем в трубопроводную систему 32, расположенную в холодной области Z3, в целях сжижения и переохлаждения.

[0126]

Таким образом, в сжижающей системе 1 согласно второму варианту осуществления, даже когда температура газообразного материала, который вводится в сжижающий блок, 21 должен повышаться, поскольку газообразный материал вводится в теплую область Z1 (высокотемпературная сторона) сжижающего блока 21, имеющую аналогичный уровень температуры, тепловые нагрузки (тепловые напряжения) на сжижающий блок 21 могут уменьшаться, и эффективность процесса сжижения может увеличиваться. Сжижающая система 1 может иметь такую конфигурацию, в которой газообразный материал вводится в теплую область Z1 сжижающего блока 21, безотносительно присутствия четвертого компрессора 71 для подачи газа, в зависимости от уровня давления газообразного материала. Если давление газообразного материала является чрезмерно высоким, и в результате этого температура газообразного материала составляет более чем температура, которую имеет теплая область Z1 (высокотемпературная сторона) сжижающего блока 21, нагрузка на сжижающий блок 21 может уменьшаться посредством установки второго холодильника 85 аналогично системе согласно варианту осуществления, которая проиллюстрирована на фиг. 6.

[0127]

Таблица 7

[0128]

(Третий вариант осуществления)

Фиг. 8 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как третий вариант осуществления настоящего изобретения. Таблица 8 представляет температуру, давление, скорость потока и молярный состав природного газа, который подвергается сжижению, в каждой из различных точек сжижающей системы третьего варианта осуществления в качестве примера. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 8, части, соответствующие частям сжижающих систем 1 согласно первому и второму вариантам осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0129]

Сжижающая система 1 согласно третьему варианту осуществления дополнительно включает второй компрессор 75 для дополнительного сжатия, который присоединяется к расположенному ниже по потоку концу первого компрессора 4, таким образом, что газообразный материал, который сжимается первым компрессором 4, направляется во второй компрессор 75 через трубопровод L10a, и после дополнительного сжатия во втором компрессоре 75 до давления, составляющего в этом случае приблизительно 7000 кПа (абс.), вводится в сжижающий блок 21 через трубопровод L10b. Внутренняя структура сжижающего блока 21 является аналогичной внутренней структуре блока согласно второму варианту осуществления, и трубопровод L10b присоединяется к трубопроводной системе 30, расположенный в теплой области Z1 сжижающего блока 21.

[0130]

В сжижающей системе 1 согласно третьему варианту осуществления, поскольку второй компрессор 75 присоединяется к расположенному ниже по потоку концу первого компрессора 4, давление газообразного материала, который направляется из второго компрессора 75 в сжижающий блок 21 через трубопровод L10b, может еще больше увеличиваться, например, до уровня от 7000 до 10000 кПа (абс.), таким образом, что эффективность процесса сжижения может еще больше увеличиваться.

[0131]

Таблица 8

[0132]

(Модификация третьего варианта осуществления)

Фиг. 9 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как модификация третьего варианта осуществления настоящего изобретения. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 9, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 согласно первому, второму и третьему вариантам осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0133]

В сжижающей системе согласно этой модификации, второй компрессор 75 приводится в действие электродвигателем (первый электродвигатель) 81, и скорость электродвигателя 81 регулируется регулятором 82, предназначенным для привода переменной частоты (ППЧ). Электродвигатель 81 получает электроэнергию из внешнего источника. Скорость электродвигателя 81 (или работа второго компрессора 75) регулируется согласно значению давления, которую измеряет манометр 83, установленный в трубопроводе L10b, таким образом, что давление газообразного материала, который вводится в сжижающий блок 21, поддерживается на фиксированном уровне (или в пределах фиксированного интервала). В результате этого давление газообразного материала, который вводится в сжижающий блок 21, может увеличиваться вторым компрессором 75 в устойчивом режиме, таким образом, что температура газообразного материала также поддерживается в пределах соответствующего интервала, и процесс сжижения в сжижающем блоке 21 может осуществляться одновременно эффективным и устойчивым способом.

[0134]

(Четвертый вариант осуществления)

Фиг. 10 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как четвертый вариант осуществления настоящего изобретения. Таблица 9 представляет температуру, давление, скорость потока и молярный состав природного газа, который подвергается сжижению, в каждой из различных точек сжижающей системы согласно четвертому варианту осуществления в качестве примера. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 10, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 согласно первому, второму и третьему вариантам осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0135]

Сжижающая система 1 согласно четвертому варианту осуществления дополнительно включает второй холодильник 85, который использует имеющий низкое давление (НД) пропан в качестве хладагента (ПХ) и находится на расположенном ниже по потоку конце второго компрессора 75 согласно третьему варианту осуществления, который проиллюстрирован на фиг. 8. Газообразный материал, который выпускается из первого компрессора 4 в трубопровод L10a, сжимается вторым компрессором 75, направляется во второй холодильник 85, в результате этого охлаждается и вводится в сжижающий блок 21 через трубопровод L10c. Внутренняя структура сжижающего блока 21 является аналогичной внутренней структуре блока согласно третьему варианту осуществления, и трубопровод L10c присоединяется к трубопроводной системе 30, расположенной в теплой области Z1 сжижающего блока 21.

[0136]

В сжижающей системе 1 согласно четвертому варианту осуществления, благодаря сжатию газообразного материала вторым компрессором 75, даже когда температура газообразного материала должен превышать верхний предел соответствующего интервала, посредством охлаждения газообразного материала во втором холодильнике 85, который располагается ниже по потоку относительно второго компрессора 75, за счет использования имеющего низкое давление пропана в качестве хладагента, температура газообразного материала может быть установлена вблизи уровня температуры теплой области Z1 сжижающего блока 21 таким образом, что тепловая нагрузка на сжижающий блок 21 может уменьшаться, и эффективность процесса сжижения может увеличиваться. Если второй холодильник 85 (использующий в качестве хладагента пропан, который проявляет более высокую охлаждающую способность, чем вода или воздух) используется для охлаждения газообразного материала в операции рециркуляции во время пуска первого компрессора 4, может быть достигнуто улучшенное качество охлаждения (ниже 0 градусов Цельсия).

[0137]

Таблица 9

[0138]

В таблице 10 сравнивается энергопотребление различных компрессоров согласно первому, второму, третьему и четвертому вариантам осуществления, а также первому и второму примерам для сравнения. Как проиллюстрировано в таблице 10, суммарное энергопотребление и энергопотребление отдельных устройств согласно первому, второму, третьему и четвертому вариантам осуществления составляют менее чем соответствующие значения согласно первому и второму примерам для сравнения (предшествующего уровня техники).

[0139]

Таблица 10

[0140]

(Пятый вариант осуществления)

Фиг. 11 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как пятый вариант осуществления настоящего изобретения. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 11, части, соответствующие частям сжижающих систем 1 согласно первому, второму, третьему и четвертому вариантам осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0141]

В сжижающей системе 1 согласно пятому варианту осуществления, в отличие от первого, второго, третьего и четвертого вариантов осуществления, первый расширитель 3 и первый компрессор 4 не являются механически соединенными друг с другом, но находятся в электрическом соединении друг с другом. Первый расширитель 3 присоединяется к электрическому генератору 87 таким образом, что энергия, производимая расширителем 3, преобразуется в электроэнергию посредством электрического генератора 87. Электроэнергия, которая производится электрическим генератором 87, направляется в электродвигатель 84, чтобы приводить в действие первый компрессор 4. Другими словами, энергия, производимая первым расширителем 3, используется первым компрессором 4. Электроэнергия, которую производит электрический генератор 87, может составлять, по меньшей мере, часть электроэнергии, которая используется, чтобы приводить в действие электродвигатель 84, и когда наблюдается недостаток электроэнергии, может использоваться внешний источник энергии, который компенсирует этот недостаток электроэнергии.

[0142]

В сжижающей системе 1 согласно пятому варианту осуществления, поскольку первый расширитель 3 и первый компрессор 4 находятся в электрическом соединении друг с другом, степень свободы в режиме эксплуатации первого расширителя 3 и первого компрессора 4 во время пуска и/или недостатка энергии может увеличиваться (например, таким образом, что первый расширитель 3 и первый компрессор 4 могут эксплуатироваться индивидуально).

[0143]

(Шестой вариант осуществления)

Фиг. 12 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как шестой вариант осуществления настоящего изобретения. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 12, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 согласно первому-пятому вариантам осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0144]

В сжижающей системе 1 согласно шестому варианту осуществления высококалорийный газ, содержащий 88 мол.% метана, используется в качестве газообразного материала (аналогично модификации шестого варианта осуществления, а также седьмому и восьмому вариантам осуществления). В этой сжижающей системе газообразный материал, который отделяется как верхняя фракция в дистилляционном блоке 15, непосредственно вводится через трубопровод L19 в первый компрессор 4, где он подвергается сжатию. Газообразный материал затем предварительно охлаждается в трубопроводной системе 22 в теплой области Z1 и направляется в первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23 через трубопровод L21.

[0145]

Первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23 отделяет жидкофазный компонент (конденсат) газообразного материала, и углеводороды в форме жидкости, образующие жидкофазный компонент, возвращаются в дистилляционный блок 15 через расширительный клапан 89, установленный в трубопроводе L22. При этом газообразный материал, состоящий, главным образом, из метана и образующий жидкофазный компонент в первом разделяющем газовую и жидкую фазы резервуаре 23, направляется в трубопроводную систему 31 в сжижающем блоке 21 через трубопровод L23.

[0146]

Поскольку в сжижающей системе 1 согласно шестому варианту осуществления первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23 устанавливается на расположенной ниже по потоку стороне первого компрессора 4, и газообразный материал, выпускаемый из первого компрессора 4, вводится в первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23 через трубопроводную систему 22, расположенную в теплой области Z1, температура газообразного материала может быть установлена вблизи уровня температуры теплой области Z1 сжижающего блока 21. Кроме того, поскольку газообразный материал охлаждается в теплой области Z1 (трубопроводная система 22) сжижающего блока 21, и газофазный компонент, выпускаемый из первого разделяющего газовую и жидкую фазы резервуара 23, вводится в промежуточную область Z2 (трубопроводная система 31), температура газообразного материала может быть установлена вблизи уровня температуры промежуточной области Z2 сжижающего блока 21 легко. Кроме того, поскольку газообразный материал, выпускаемый из первого разделяющего газовую и жидкую фазы резервуара 23, может сжиматься первым компрессором 4, может отсутствовать рециркуляционный насос 24, установленный в рециркуляционном трубопроводе (трубопровод L21), который проходит из первого разделяющего газовую и жидкую фазы резервуара 23 в дистилляционный блок 15 согласно некоторым из вариантов осуществления, включая первый вариант осуществления.

[0147]

При сжижении газообразного материала в сжижающем блоке 21 оказывается предпочтительным повышение давления на выпуске компрессора 4 (или увеличение давления газообразного материала, который вводится в сжижающий блок 21). Однако когда верхняя фракция из дистилляционного блока 15 охлаждается в сжижающем блоке 21, разделяется в первом разделяющем газовую и жидкую фазы резервуаре 23, и отделенный газофазный компонент сжимается первым компрессором 4 перед введением в сжижающий блок 21, как в случае согласно первому варианту осуществления, поскольку температура газообразного материала увеличивается первым компрессором 4, который предшествует сжижающему блоку 21, в зависимости от условий, таких как состав, давление и скорость введения газообразного материала, уровень температуры газообразного материала может выходить за пределы подходящего интервала для введения в сжижающий блок 21 таким образом, что может становиться чрезмерной тепловая нагрузка на сжижающий блок 21. Такая проблема может быть решена посредством изменения точки введения газообразного материала в сжижающий блок 21, но это может не получиться в том случае, когда основной теплообменник представляет собой такой тип, как катушечный теплообменник, в котором точка введения не может быть легко изменена. Таким образом, если газообразный материал, отделенный как верхняя фракция в дистилляционном блоке 15, направляется непосредственно в первый компрессор 4 через трубопровод L19, где он подвергается сжатию, газообразный материал, сжатый первым компрессором 4, охлаждается в теплой области Z1 сжижающего блока 21, охлажденный газообразный материал отделяется в первом разделяющем газовую и жидкую фазы резервуаре 23, и отделенный газофазный компонент газообразного материала вводится в промежуточную область Z2 (ниже по потоку относительно теплой области Z1) сжижающего блока 21, как в случае согласно настоящему варианту осуществления, температура газообразного материала может поддерживаться в пределах соответствующего интервала (или температура газообразного материала может быть установлена вблизи уровня температуры в точке введения сжижающего блока 21).

[0148]

(Первая модификация шестого варианта осуществления)

Фиг. 13 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как модификация шестого варианта осуществления настоящего изобретения. Таблица 11 представляет температуру, давление, скорость потока и молярный состав природного газа, который подвергается сжижению, в каждой из различных точек сжижающей системы шестого варианта осуществления в качестве примера. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 13, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 согласно шестому варианту осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0149]

В этой сжижающей системе 1 данной модификации отсутствует первый холодильник 12, используемый согласно шестому варианту осуществления, который проиллюстрирован на фиг. 16, и второй холодильник 85, в котором используется пропан низкого давления в качестве хладагента, устанавливается на расположенной ниже по потоку стороне первого компрессора 4. Газообразный материал направляется из первого компрессора 4 через трубопровод L20a во второй холодильник 85, где он охлаждается, и направляется через трубопровод L20b в трубопроводную систему 22, расположенную в теплой области Z1 сжижающего блока 21 для дополнительного охлаждения перед введением в первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23 через трубопровод L21.

[0150]

Поскольку в этой сжижающей системе согласно первой модификации шестого варианта осуществления второй холодильник 85 устанавливается на расположенной ниже по потоку стороне первого компрессора 4, даже когда температура газообразного материала, выпускаемый из первого компрессора 4, составляет более чем температура в теплой области Z1 сжижающего блока 21, благодаря охлаждающему действию второго холодильника 85, в который поступает газообразный материал, температура газообразного материала может быть установлена вблизи уровня температуры теплой области Z1 сжижающего блока 21.

[0151]

Таблица 11

[0157]

(Вторая модификация шестового варианта осуществления)

Фиг. 14 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как четвертая модификация шестого варианта осуществления настоящего изобретения. Таблица 12 представляет температуру, давление, скорость потока и молярный состав природного газа, который подвергается сжижению, в каждой из различных точек сжижающей системы согласно четвертой модификации в качестве примера. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 14, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 согласно шестому варианту осуществления (включая другие модификации) обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0158]

Четвертая модификация оказывается подходящей, когда газообразный материал имеет относительно низкое давление, и его критическое давление является относительно высоким благодаря составу газообразного материала, который может включать азот и тяжелые компоненты, по сравнению с шестым вариантом осуществления. В сжижающей системе 1, аналогично первой модификации шестого варианта осуществления, газообразный материал направляется из первого компрессора 4 через трубопровод L20a во второй холодильник 85, где он охлаждается, и вводится в первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23 через трубопровод L20b. Однако согласно четвертой модификации, трубопровод L20b непосредственно присоединяется к первому разделяющий газовую и жидкую фазы резервуару 23 без вмешательства сжижающего блока 21, и газообразный материал, который образует газофазный компонент в первом разделяющем газовую и жидкую фазы резервуаре 23, направляется в трубопроводную систему 30, расположенную в теплой области Z1 или наиболее теплой части сжижающего блока 21. Благодаря такой конструкции, согласно четвертой модификации, газообразный материал, который вводится в первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23, не обязательно должен охлаждаться (посредством введения в трубопроводную систему 22), в отличие от первой модификации, таким образом, что может уменьшаться нагрузка на сжижающий блок 21в процессе сжижения.

[0159]

Таблица 12

[0160]

(Седьмой вариант осуществления)

Фиг. 15 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как седьмой вариант осуществления настоящего изобретения. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 15, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 согласно первому-шестому вариантам осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0161]

Сжижающая система 1 согласно седьмому варианту осуществления является аналогичной системе согласно шестому варианту осуществления, но отличается от нее нем, что два расширителя (первый расширитель 3a и второй расширитель 3b) присоединяются к расположенному ниже по потоку концу обезвоживающего блока 2 параллельно друг к другу. Согласно седьмому варианту осуществления, первый расширитель 3a и второй расширитель 3b присоединяются к паре компрессоров (первый компрессор 4a и третий компрессор 4b), соответственно, через общие валы 5a, 5b в каждом случае.

[0162]

Как проиллюстрировано на фиг. 15, газообразный материал, выпускаемый из обезвоживающего блока 2, направляется в первый и второй расширители 3a и 3b через соответствующие трубопроводы L2a и L2b. Газообразный материал, выпускаемый из первого и второго расширителей 3a и 3b, направляется в холодильник 12 через трубопроводы L3a, L3b и L3. В этом случае, поскольку требуемый охлаждающая способность охлаждающего блока может уменьшаться, устанавливается только один холодильник 12, в котором используется имеющий низкое давление (НД) пропан в качестве хладагента (ПХ).

[0163]

Газообразный материал, отделенный в качестве верхней фракции из дистилляционного блока 15, направляется в третий компрессор 4b через трубопровод L19, где он подвергается сжатию. Газообразный материал затем направляется из третьего компрессора 4b через трубопровод L20 в трубопроводную систему 22, расположенную в теплой области Z1, где он охлаждается, а затем вводится в первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23 через трубопровод L21.

[0164]

Первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23 разделяет жидкофазный компонент (конденсат) газообразного материала, и жидкофазный компонент который образуется и содержит углеводороды в форме жидкости, возвращается в дистилляционный блок 15 через расширительный клапан 89, установленный в трубопроводе L22. При этом газообразный материал, который образует газофазный компонент, отделенный в первом разделяющем газовую и жидкую фазы резервуаре 23, направляется в первый компрессор 4a через трубопровод L24, где он подвергается сжатию, и газообразный материал, выпускаемый из первого компрессора 4a, вводится в трубопроводную систему 30, расположенную в теплой области Z1 сжижающего блока 21, через трубопровод L25.

[0165]

В конструкции согласно седьмому варианту осуществления используются пара расширителей 3a и 3b и пару компрессоров 4a и 4b, даже когда газообразный материал, поступающий в сжижающую систему 1, имеет относительно высокое давление и имеет низкое критическое давление, газообразный материал может подвергаться сжатию соответствующим образом (чтобы газообразный материал, который вводится в дистилляционный блок 15, не сжимался до давления, превышающего критическое давление) за счет использования множества компрессоров 4a и 4b.

[0166]

(Восьмой вариант осуществления)

Фиг. 16 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как восьмой вариант осуществления настоящего изобретения. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 16, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 согласно первому-седьмому вариантам осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0167]

Сжижающая система 1 согласно восьмому варианту осуществления является аналогичной системе согласно шестому или седьмому вариантам осуществления, но отличается от них тем, что два первых расширителя 3a и 3b соединяются последовательно, и сепаратор 91 располагается между двумя первыми расширителями 3a и 3b.

[0168]

Как проиллюстрировано на фиг. 16, газообразный материал, выпускаемый из обезвоживающего блока 2, направляется через трубопровод L2 в первый расширитель 3a, где он расширяется, и вводится в сепаратор 91 через трубопровод L3. Газообразный материал, который отделяется как газофазный компонент в сепараторе 91, направляется через трубопровод L26 во второй расширитель 3b, где он расширяется, и направляется в холодильник 12 через трубопровод L27. При этом жидкофазный компонент (конденсат) газообразного материала направляется в холодильник 12 через расширительный клапан 92, установленный в трубопроводе L28.

[0169]

Согласно восьмому варианту осуществления, аналогично седьмому варианту осуществления, который обсуждается выше, даже когда газообразный материал, поступающий в сжижающую систему, имеет относительно высокое давление и имеет низкое критическое давление, газообразный материал может подвергаться сжатию соответствующим образом за счет использования множества компрессоров 4a и 4b.

[0174]

(Девятый вариант осуществления)

Фиг. 17 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как девятый вариант осуществления настоящего изобретения. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 17, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 согласно первому-восьмому вариантам осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0175]

Сжижающая система 1 согласно девятому варианту осуществления оказывается предпочтительной по своей конфигурации, аналогично первой модификации шестого варианта осуществления, когда критическое давление газообразного материала является относительно низким, и давление газообразного материала, выпускаемого из первого компрессора 4, в первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23 может составлять более чем критическое давление (или когда первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 23 не способен функционировать соответствующим образом). В этой сжижающей системе 1 газообразный материал направляется из первого компрессора 4 через трубопровод L20a во второй холодильник 85, где он охлаждается, а затем направляется через трубопровод L20b в трубопроводную систему 22, расположенную в теплой области Z1 сжижающего блока 21, где он подвергается дополнительному охлаждению. Газообразный материал, проходящий через трубопровод L21, направляется в трубопроводы L22 и L23, которые ответвляются от точек разветвления трубопровода L21, расположенных друг над другом, таким образом, что часть газообразного материала возвращается в дистилляционный блок 15 через расширительный клапан 89, установленный в нижнем трубопроводе L22, а оставшаяся часть газообразного материала вводится в трубопроводную систему 31, расположенную в промежуточной области Z2 сжижающего блока 21, через верхний трубопровод L23. Благодаря этой конструкции, сжижающая система 1 девятого варианта осуществления обеспечивает снижение нагрузки на сжижающий блок 21 в процессе сжижения.

[0176]

(Модификация девятого варианта осуществления)

Фиг. 18 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как модификация девятого варианта осуществления настоящего изобретения. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 18, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 девятого варианта осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0177]

Сжижающая система 1 согласно данной модификации включает второй разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 25, в который газообразный материал, проходящий через трубопровод L22, вводится через расширительный клапан 89. Второй разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 25 разделяет жидкофазный компонент газообразного материала и возвращает отделенный жидкофазный компонент в дистилляционный блок 15 через расширительный клапан 90, установленный в трубопроводе L30. При этом газообразный материал, который образует газофазный компонент во втором разделяющий газовую и жидкую фазы резервуаре 25, направляется в трубопровод L31, который присоединяется к трубопроводу L19, таким образом, что газообразный материал направляется в первый компрессор 4 через расширительный клапан 93, установленный в трубопроводе L31. Благодаря этой конструкции, сжижающая система 1 согласно данной модификации имеет преимущество стабилизации процесса в дистилляционном блоке 15.

[0178]

(Десятый вариант осуществления)

Фиг. 19 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как десятый вариант осуществления настоящего изобретения. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 19, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 согласно первому-девятому вариантам осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0179]

Сжижающая система 1 согласно десятому варианта осуществления является аналогичной системе согласно шестому варианту осуществления, которая проиллюстрирована на фиг. 12, но является аналогичной примеру для сравнения, который проиллюстрирован на фиг. 3, если рассматривается расположенная выше по потоку часть дистилляционного блока 15. Более конкретно, в сжижающей системе 1 согласно десятому варианту осуществления, расширитель 3 располагается на расположенной ниже по потоку стороне охлаждающего блока (в этом случае три холодильника 10, 11 и 12), и газообразный материал, выпускаемый из холодильника 12, направляется через трубопровод L4a в сепаратор 13, где он разделяется на газ и жидкость. Газообразный материал, который образует газофазный компонент в сепараторе 13, направляется в расширитель 3 через трубопровод L4b, и после того, как он расширяется в расширителе 3, направляется в дистилляционный блок 15 через трубопровод L4c. Газообразный материал, который образует жидкофазный компонент в сепараторе 13, направляется в трубопровод L4d, в котором установлен расширительный клапан 14. После расширения в расширительном клапане 14 жидкофазный компонент направляется в дистилляционный блок 15 через трубопровод L4c вместе с газообразным материалом из расширителя 3.

[0180]

В сжижающей системе 1 согласно десятому варианту осуществления, благодаря этой конструкции, посредством установки расширителя 3 на расположенной ниже по потоку стороне охлаждающего блока таким образом, что уменьшается его выходная мощность, может предотвращаться чрезмерное повышение температуры газообразного материала, который сжимается компрессором 4, с использованием энергии, производимой расширителем 3, таким образом, что температура газообразного материала может легко устанавливаться вблизи температуры в точке введения сжижающего блока 21. Преимущество, достигаемое согласно шестому варианту осуществления, может также достигаться безотносительно конструкции первого расширителя 3 и холодильников 11 и 12 (холодильник 10 отсутствует согласно шестому варианту осуществления). В сжижающей системе 1 согласно десятому варианту осуществления, аналогично системе согласно варианту осуществления, который обсуждается в сочетании с вариантом осуществления, проиллюстрированным на фиг. 13, второй холодильник 85 с использованием пропана низкого давления в качестве хладагента может необязательно устанавливаться на расположенном ниже по потоку конце первого компрессора 4. Аналогично системе согласно варианту осуществления, которая проиллюстрирована на фиг. 18, вместо первого разделяющего газовую и жидкую фазы резервуара 23, второй разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 25 может устанавливаться в этой сжижающей системе 1 для приема газообразного материала, проходящего через трубопровод L22 через расширительный клапан 89. В таком случае конструкция, окружающая второй разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар 25 (например, трубопроводы L30 и L31 и расширительные клапаны 89 и 90), может быть аналогичной конструкции, проиллюстрированной на фиг. 18.

[0184]

(Одиннадцатый вариант осуществления)

Фиг. 20 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как одиннадцатый вариант осуществления настоящего изобретения. В сжижающей системе, которая проиллюстрирована на фиг. 20, части, соответствующие частям сжижающей системы 1 согласно первому-десятому вариантам осуществления, обозначаются аналогичными условными номерами и исключаются из последующего обсуждения, за исключением тех вопросов, которые будут обсуждаться далее.

[0185]

Сжижающая система 1 согласно одиннадцатому варианту осуществления является аналогичной системе согласно шестому варианту осуществления, которая обсуждается выше, но отличается от нее тем, что первый расширитель 3 присоединяется к первому компрессору 4 аналогично пятому варианту осуществления, который проиллюстрирован на фиг. 11. Более конкретно, в сжижающей системе 1 согласно одиннадцатому варианту осуществления первый расширитель 3 и первый компрессор 4 не соединяются механически друг с другом, но находятся в электрическом соединении друг с другом. Первый расширитель 3 присоединяется к электрическому генератору 87, и энергия, производимая первым расширителем 3, преобразуется в электроэнергию этим электрическим генератором 87. Электроэнергия, производимая электрическим генератором 87, направляется в электродвигатель 84, который приводит в действие первый компрессор 4. Другими словами, энергия, производимая первым расширителем 3, используется первым компрессором 4. Электроэнергия, производимая электрическим генератором 87, может составлять, по меньшей мере, часть электроэнергии, которая используется, чтобы приводить в действие электродвигатель 84, и когда наблюдается недостаток электроэнергии, внешний источник энергии может использоваться для компенсации этого недостатка электроэнергии.

[0186]

(Модификации расширителя и компрессора)

Фиг. 21 и 22 представляют диаграммы, иллюстрирующие первый и второй вариант механической соединительной конструкции между расширителем и компрессором в системе для сжижения природного газа, которая может использоваться согласно разнообразным вариантам осуществления, обсуждаемым выше.

[0187]

Согласно варианту, который проиллюстрирован на фиг. 21, электродвигатель (второй электродвигатель) 84 располагается между первым расширителем 3 и первым компрессором 4, и скорость электродвигателя 84 регулируется регулятором 82 в целях регулируемого привода переменной частоты. Электродвигатель 84 получает электроэнергию из внешнего источника. Первый расширитель 3, первый компрессор 4 и электродвигатель 84 устанавливаются на общий вал, и энергия, производимая первым расширителем 3 посредством расширения газообразного материала, может использоваться, чтобы приводить в действие первый компрессор 4. В результате этого энергопотребление электродвигателя 84 может уменьшаться. Посредством использования энергии электродвигателя 84 таким способом для дополнения энергии, производимой первым расширителем 3, давление на выпуске первого компрессора 4 может увеличиваться в устойчивом режиме.

[0188]

Согласно варианту, который проиллюстрирован на фиг. 22, валы первого расширителя 3, первого компрессора 4 и электродвигателя 84 содержат зубчатые колеса 96, 97 и 98, соответственно. Зубчатое колесо 96 первого расширителя 3 сочетается с зубчатым колесом 97 электродвигателя 84, и зубчатое колесо 97 электродвигателя 84 сочетается с зубчатым колесом 98 первого компрессора 4. Таким образом, первый расширитель 3 и первый компрессор 4 соединяются с возможностью передачи энергии (механически соединяются) через электродвигатель 84. Благодаря этой конструкции, за счет использования энергии электродвигателя 84 в качестве дополнения для энергии производимой первой расширителем 3, давление на выпуске первого компрессора 4 может увеличиваться в устойчивом режиме. Соединительная конструкция между первым расширителем 3, первым компрессором 4 и электродвигателем 84 может состоять из любых общеизвестных зубчатых механизмов, таких как планетарный зубчатый механизм.

[0189]

Настоящее изобретение описывается в отношении конкретных вариантов осуществления, но эти варианты осуществления представляют собой исключительно примеры и не ограничивают настоящее изобретение каким-либо образом. Разнообразные компоненты сжижающих систем и способов сжижения для сжижения природного газа согласно настоящему изобретению не обязательно являются полностью незаменимыми, но могут быть соответствующим образом заменены и исключены без отклонения от идеи настоящего изобретения.

Список условных обозначений

[0190]

1 - сжижающая система

2 - обезвоживающий блок

3, 3a - первый расширитель

3b - второй расширитель

4, 4a - первый компрессор

4b - третий компрессор

5 - вал

10, 11, 12 - первый холодильник

15 - дистилляционный блок

21 - сжижающий блок

23 - первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар

33 - расширительный клапан

41 - сепаратор хладагента

44 - расширительный клапан

45 - распылительный коллектор

54 - расширительный клапан

55 - распылительный коллектор

-71 - четвертый компрессор

72 - четвертый холодильник

75 - второй компрессор

81 - электродвигатель (первый электродвигатель)

82 - регулятор

83 - манометр

84 - электродвигатель (второй электродвигатель)

85 - второй холодильник

86 - третий холодильник

87 - электрический генератор

89 - расширительный клапан

91 - сепаратор

92 - расширительный клапан

96, 97, 97 - зубчатое колесо

Z1 - теплая область

Z2 - промежуточная область

Z3 - холодная область

Реферат

Изобретение относится к технологии сжижения и разделения природного газа. Сжижающая система (1) для природного газа включает блок удаления воды из исходного газообразного материала, первый расширитель (3), который производит энергию посредством использования природного газа под давлением в качестве газообразного материала; первый охлаждающий блок (11, 12), который охлаждает газообразный материал, имеющий пониженное давление посредством расширения в первом расширителе; дистилляционный блок (15) для уменьшения содержания или удаления тяжелого компонента, содержащегося в газообразном материале, посредством дистилляции газообразного материала, охлажденного первым охлаждающим блоком; первый компрессор (4) для сжатия газообразного материала, из которого частично или полностью удалены тяжелые компоненты посредством дистилляционного блока, за счет использования энергии, производимой в первом расширителе; и сжижающий блок (21) для сжижения газообразного материала, сжатого первым компрессором, посредством теплообмена с хладагентом. Использование изобретения позволит увеличить давление на выпускном конце компрессора за счет использования энергии, производимой посредством расширения исходного газа, и сократить охлаждающую способность, которая требуется для охлаждающего блока. 2 н. и 17 з.п. ф-лы, 12 табл., 22 ил.

Формула