Способ и система охлаждения потока природного газа и разделения охлажденного потока на различные фракции

010963 Область техники, к которой относится изобретение Изобретение относится к способу и системе охлаждения потока природного газа и разделения охлажденного газового потока на различные фракции, такие как метан, этан, пропан, бутан и конденсаты. В нефтяной и газовой промышленности природный газ добывают, перерабатывают и транспортируют к его конечным пользователям. Предшествующий уровень техники Переработка газа может включать ожижение по меньшей мере части потока природного газа. Если поток природного газа будет ожижен, то тогда получают определенный диапазон так называемых газоконденсатных жидкостей (ГКЖ), содержащих сжиженный природный газ или СПГ, который преимущественно содержит метан или (C1 или CH4), этан (С 2), сжиженный нефтяной газ или СНГ (который преимущественно содержит пропан и бутан или С 3 и С 4) и конденсат (который преимущественно содержитC5+ фракции). Если газ будут добывать и транспортировать местным потребителям через трубопровод (сеть трубопроводов), то тогда теплотворная способность газа будет ограничена техническими характеристиками. В случае потоков газа, более обогащенного бензиновыми углеводородами, это требует проведения переработки на стадии транспортирования для извлечения С 2+ жидкостей, которые продают в качестве остаточных продуктов. Если местная добыча газа превосходит местное потребление газа, то тогда дорогостоящие сети транспортирования газа не могут быть оправданы, таким образом, газ может быть ожижен до СПГ, который можно транспортировать наливом. При добыче C1 жидкостей одновременно добывают С 2+ жидкости и их продают в качестве побочных продуктов. Традиционные установки по извлечению СПГ основаны на использовании способов криогенного охлаждения в целях конденсации легких фракций газового потока. Данные способы охлаждения включают механическое охлаждение (МО), расширение по циклу Джоуля-Томсона (ДТ) и турбодетандеры(ТД) или комбинацию (например, МО-ДТ). Данные способы извлечения СПГ в течение десятилетий оптимизировали в отношении удельной производительности по сжатию (т.е. МВт/т СПГ/ч). Данные варианты оптимизации зачастую включают: 1) рациональный теплообмен между различными технологическими потоками, 2) различные питающие тарелки во фракционирующей колонне и 3) ректификацию отбензиненного абсорбционного масла (т.е. флегмы колонны). Наиболее чувствительным к удельной производительности по сжатию является фактическое рабочее давление фракционирующей колонны. Чем выше будет рабочее давление, тем ниже будет удельная производительность по сжатию, но также и тем ниже будет относительная летучесть компонентов фракционирования (например, C1-С 2+ для метаноотгонной колонны, С 2- - С 3+ для этаноотгонной колонны и тому подобное), что в результате приведет к получению большего числа тарелок, таким образом, большей колонны и/или меньшей чистоты потока дистиллята. В европейском патенте 0182643 и патентах США 4061481; 4140504; 4157904; 4171964 и 4278457,выданных компании Ortloff Corporation, описывают различные способы переработки потоков природного газа, где газовый поток охлаждают и разделяют на различные фракции, такие как метан, этан, пропан,бутан и конденсаты. Недостаток известных способов охлаждения и разделения заключается в том, что они включают использование объемистых и дорогостоящих устройств охлаждения и замораживания, которые демонстрируют высокий уровень энергопотребления. Данные известные способы основаны либо на способах изоэнтальпийного охлаждения (т.е. охлаждение по циклу Джоуля-Томсона, механическое охлаждение),либо на способах охлаждения, близких к изоэнтропийным, (т.е. турбодетандер, циклонные устройства расширения и разделения). Близкие к изоэнтропийным способы являются наиболее энергосберегающими, хотя обычно и наиболее дорогостоящими в случае использования турбодетандеров. Однако циклонные устройства расширения и разделения являются наиболее экономически рентабельными при одновременном сохранении высокого энергосбережения, хотя и менее эффективными в сопоставлении с устройством турбодетандера. Использование экономически рентабельных циклонных устройств расширения и разделения в комбинации с циклом изоэнтальпийного охлаждения (например, циклом внешнего охлаждения) может восстановить максимально достижимое энергосбережение. Поэтому цель настоящего изобретения заключается в предложении способа и системы охлаждения и разделения потока природного газа, которые являются более энергосберегающими, менее объемистыми и более дешевыми в сопоставлении с известными способами. Краткое изложение изобретения В соответствии с изобретением предлагается способ охлаждения потока природного газа и разделения охлажденного газового потока на различные фракции, характеризующиеся различными температурами кипения, такие как метан, этан, пропан, бутан и конденсаты, при этом способ включает охлаждение газового потока по меньшей мере в одном теплообменнике в сборе; разделение охлажденного газового потока во входном сепарационном резервуаре на фракцию текучей среды, обогащенную метаном, и фракцию текучей среды, обедненную метаном; подачу фракции текучей среды, обедненной метаном, из входного сепарационного резервуара во-1 010963 фракционирующую колонну, в которой фракцию текучей среды, обогащенную метаном, отделяют от фракции текучей среды, обедненной метаном; подачу по меньшей мере части фракции текучей среды, обогащенной метаном, из входного сепарационного резервуара в циклонное устройство расширения и разделения, в котором упомянутая фракция текучей среды расширяется и, таким образом, охлаждается и разделяется на фракцию, по существу, газообразной текучей среды, обогащенную метаном, и фракцию, по существу, жидкой текучей среды, обедненную метаном, и подачу фракции текучей среды, обедненной метаном, из циклонного устройства расширения и разделения во фракционирующую колонну для дополнительного разделения,где циклонное устройство расширения и разделения включает:a) лопасти, придающие завихрение, в сборе, предназначенные для придания фракции текучей среды, обогащенной метаном, вихревого движения, где данные лопасти располагают по ходу потока до сопла, в котором фракция текучей среды, обогащенная метаном, ускоряется и расширяется, тем самым,дополнительно охлаждается таким образом, что центробежные силы будут разделять вихревой поток текучей среды на фракцию текучей среды, обогащенную метаном, и фракцию текучей среды, обедненную метаном, илиb) дросселирующий клапан, имеющий выходную секцию, которая снабжена устройством, придающим завихрение, которое придает вихревое движение потоку текучей среды, протекающему через выходной канал для текучей среды, тем самым, вызывая завихрение капелек жидкости в направлении внешней периферии выходного канала для текучей среды и их коалесценцию. Предпочтительно поток природного газа охлаждают в теплообменнике в сборе, включающем первый теплообменник и холодильник, таким образом, чтобы фракция текучей среды, обогащенная метаном, подаваемая на вход циклонного устройства расширения и разделения, имела бы температуру в диапазоне от -20 до -60C, а охлажденную фракцию, обогащенную метаном, выпускаемую из циклонного устройства расширения и разделения, направляли бы для перетока через первый теплообменник для охлаждения газового потока. Также предпочитается, чтобы теплообменник в сборе дополнительно включал бы второй теплообменник, в котором охлажденный поток природного газа, выпускаемый из первого теплообменника, дополнительно охлаждался бы перед подачей потока природного газа в холодильник и чтобы для охлаждения потока природного газа во втором теплообменнике во второй теплообменник подавали бы холодную текучую среду из нижней секции фракционирующей колонны. Кроме того, предпочитается использование циклонного устройства расширения и разделения, которое изготавливают в компании Twister В.V. и продают под торговым наименованием "Twister". Различные варианты реализации данного циклонного устройства расширения и разделения описываются в международной патентной заявке WO 03029739, европейском патенте ЕР 1017465 и патентах США US 6524368 и US 6776825. Охлаждение внутри аппарата циклонного устройства расширения и разделения можно обеспечить в результате ускорения потока подачи в сопле до трансзвуковой или сверхзвуковой скорости. В трансзвуковых или сверхзвуковых условиях давление обычно уменьшается до 1/3 от величины давления подачи, в то же время температура обычно уменьшается до 3/4 от величины температуры подачи. Коэффициент падения Т на единицу падения Р для данного состава подачи определяют при использовании изоэнтропийного коэффициента полезного действия расширения, который составляет по меньшей мере 80%. Изоэнтропийный коэффициент полезного действия выражает потери на трение и тепловые потери, возникающие внутри циклонного устройства расширения и разделения. Данные и другие варианты реализации, признаки и преимущества способа и системы, соответствующих изобретению, демонстрируются на прилагаемых чертежах и описываются в прилагаемых формуле изобретения, реферате и последующем подробном описании предпочтительных вариантов реализации способа и системы, соответствующих изобретению, в которых делается ссылка на прилагаемые чертежи. Краткое описание чертежей Фиг. 1 представляет собой блок-схему для способа и системы охлаждения и фракционирования потока природного газа, соответствующих изобретению; фиг. 2 А демонстрирует вид в продольном сечении для циклонного устройства расширения и разделения, образуемого дросселирующим клапаном ДТ, который снабжен устройством для завихрения текучей среды; фиг. 2 В в увеличенном масштабе демонстрирует вид в поперечном сечении для выходного канала дросселирующего клапана фиг. 2 А; фиг. 2 С иллюстрирует вихревое движение потока текучей среды в выходном канале дросселирующего клапана фиг. 2 А и 2 В; фиг. 2D иллюстрирует концентрирование капелек жидкости во внешней периферии выходного канала дросселирующего клапана фиг. 2 А и 2 В. Подробное описание предпочтительного варианта реализации Фиг. 1 иллюстрирует блок-схему для соответствующих изобретению способа и системы охлажде-2 010963 ния и фракционирования потока природного газа. Поток природного газа CXHY сжимают от приблизительно 60 до более чем 100 бар в компрессоре подачи 20 и первоначально охлаждают в воздушном охладителе 21 таким образом, чтобы поток природного газа имел бы давление, равное приблизительно 100 бар, при его поступлении в первый газо-газовый теплообменник 1. Поток природного газа после этого охлаждают во втором теплообменнике 2, а затем в холодильнике 3. Охлажденный поток природного газа, выпускаемый из второго теплообменника 2, во входном сепараторе 4 разделяют на фракцию, обогащенную метаном, 5 и фракцию, обедненную метаном, 6. Фракцию, обедненную метаном, 6 подают во фракционирующую колонну 7, в то время как фракцию, обогащенную метаном, 5 подают в циклонное устройство расширения и разделения 8. Циклонное устройство расширения и разделения 8 включает лопасти, придающие завихрение, 9,сопло 10, в котором смесь завихряющейся текучей среды ускоряется до трансзвуковой или сверхзвуковой скорости, центральное выходное отверстие для первичной текучей среды 11, предназначенное для выпуска из сепаратора 8 фракции текучей среды, обогащенной метаном СН 4, и внешнее выходное отверстие для вторичной текучей среды, предназначенное для выпуска фракции вторичной текучей среды,обогащенной конденсируемыми компонентами и обедненной метаном, в проход 13. Фракцию вторичной текучей среды через проход 13 подают во фракционирующую колонну 7. Первый теплообменник 1 представляет собой газо-газовый теплообменник, в котором поток природного газа СН 4 охлаждают при помощи потока отбензиненного первичного газа СН 4, выпускаемого из центрального первичного выходного отверстия 11 циклонного устройства расширения и разделения 8. Предварительно охлажденный поток подачи, выпускаемый из первого теплообменника 1, дополнительно охлаждают во втором теплообменнике 2, который может являться газо-жидкостным теплообменником,охлаждение в котором проводят в результате подачи в него жидкостей с одной или нескольких нижних тарелок фракционирующей колонны 7, как это проиллюстрировано стрелками 14 и 15. После этого поток подачи в виде предварительно охлажденного природного газа подвергают переохлаждению в холодильнике 3, который приводит в действие холодильная установка (либо холодильник с механическим охлаждением, либо установка абсорбционного охлаждения). Жидкости, полученные во время данного 3-стадийного маршрута предварительного охлаждения,отделяют от фракции, все еще обогащенной газообразным метаном, во входном сепараторе 4 и подают на одну из нижних тарелок во фракционирующей колонне 7, поскольку она содержит все тяжелые фракции, присутствующие в подаче (т.е. С 4+). Газ, поступающий через верхнюю часть упомянутого входного сепаратора, обеднен тяжелыми углеводородами (например, главным образом содержит С 4-). Глубокое извлечение СПГ (например, С 2-C4) проводят в циклонном устройстве расширения и разделения 8, где газ расширяется в режиме, близком к изоэнтропийному. Внутри циклонного устройства расширения и разделения 8 температура дополнительно уменьшается до криогенных условий, когда почти все С 2+ компоненты подвергаются ожижению и разделению. При криогенном разделении внутри циклонного устройства расширения и разделения 8 C1 газ проскакивает вместе с С 2+ жидкостями. Определенная мольная доля C1 будет растворяться в С 2+ жидкостях. Данный С 2+ обогащенный поток подают во фракционирующую колонну 7, где устанавливается резкое разделение между легкими и тяжелыми фракциями, например, C1 - С 2+ (метаноотгонная колонна), С 2- - С 3+ (этаноотгонная колонна) и тому подобное. Для того чтобы обеспечить получение из фракционирующей колонны 7 чистого дистиллятного продукта, получают отбензиненную жидкую флегму для абсорбирования наиболее легкого компонента,который должен покидать нижнюю часть колонны (например, С 2 для метаноотгонной колонны). Упомянутый поток флегмы получают в результате отбора бокового потока 16 из подачи в циклонное устройство расширения и разделения 8 при одновременном последующем охлаждении данного бокового потока в газо-газовом охладителе предварительного охлаждения 17 при помощи газового потока дистиллята 18(т.е. дистиллятного продукта CH4) из фракционирующей колонны 7 и изоэнтальпийном расширении предварительно охлажденного бокового потока 16 до давления колонны. Во время данного изоэнтальпийного расширения почти все углеводороды действительно ожижают и в качестве флегмы подают на верхнюю тарелку фракционирующей колонны 7. Потоки C1 газа, полученные из: 1) выходного отверстия для первичной текучей среды 11 циклонного устройства расширения и разделения 8 (обычно 80% первичного потока) и 2) верхнего выходного прохода 18 фракционирующей колонны 7 (обычно 20% вторичного потока), по отдельности сжимают в компрессорах откачки 19 и 20 до давления откачки, равного приблизительно 60 бар. В продемонстрированном примере давление откачки приблизительно равно давлению подачи потока природного газа CH4 на входном отверстии первого теплообменника 1. Поэтому оба компрессора откачки 19 и 20 компенсируют потери на трение и тепловые потери, возникающие в циклонном устройстве расширения и разделения 8. Данные потери будут выше, если расширение в циклонном устройстве расширения и разделения 8 будет происходить в большей степени, поэтому мощности компрессоров откачки будут пропорционально более высокими. Механическая мощность холодильника 3 в основном пропорциональна разности между верхней температурой конденсатора (Тконд.) и нижней температурой испарителя (Тисп.). Если Т 0 будет обозначать температуру окружающей среды, то то-3 010963 гда: Тконд.Т 0 Тисп В общем случае это приводит к выражению для коэффициента полезного действия цикла Карно или теоретической максимальной холодопроизводительности на единицу механической мощности холодильника 3 Для цикла пропанового холодильника с Тисп. = -30 С и Тконд. = 40 С КПД цикла Карно равен 3,5. В реальной холодильной установке потери будут уменьшать КПД таким образом, что КПДфактический 2,5. Таким образом, на каждый МВт мощности компрессора могут быть получены 2,5 МВт холодопроизводительности. В случае потока подачи 10 кг/с и удельной теплоемкости 2,5 кДж/кгК охлаждение на один градус потребует холодопроизводительности 25 кВт/К. Таким образом, охлаждение -20 С-30 С будет требовать холодопроизводительности 250 кВт. В случае температуры испарителя -30 С это соответствует механической мощности холодильника 100 кВт. Если упомянутое дополнительное охлаждение на 10 С будет обеспечено в результате дополнительного расширения в циклонном устройстве расширения и разделения, то тогда коэффициент расширения (Р/Рподача) нужно будет уменьшить от принятого по умолчанию значения 0,3 до 0,25 (т.е. расширение в большей степени). В результате это приведет к более значительным потерям давления в циклонном устройстве расширения и разделения 8, поэтому и дополнительной мощности компрессора откачки, равной приблизительно 200 кВт. Если температуру испарителя для холодильника 3 выбрать находящейся в криогенном диапазоне,сопоставимой с температурами флегмы СПГ, т.е. Тисп. = -70 С, то тогда КПДфактический у холодильной установки уменьшается до 1,3. Как следствие, охлаждение -60 С-70 С все еще потребует холодопроизводительности 250 кВт, хотя это соответствует механической мощности холодильника 192 кВт. Если данное дополнительное охлаждение было бы получено в циклонном устройстве расширения и разделения 8, то тогда коэффициент расширения все еще уменьшался бы 0,30,25, хотя дополнительная требуемая мощность компрессора понизилась бы от 200 до 170 кВт. Это в основном объясняется тем, что мощность любого компрессора будет меньшей при меньшей температуре всасывания, поэтому то же самое относится и к дополнительной мощности. Делая вывод из вышеизложенного: для температурной траектории -20 С-30 С более эффективно получать дополнительное охлаждение от холодильника 3, а не от расширения в большей степени в циклонном устройстве расширения и разделения 8. Противоположная ситуация имеет место для температурной траектории -60 С-70 С, поскольку КПД холодильной установки для холодильника 3 последовательно уменьшается при понижении температур, требуя большей мощности холодильника. Как следствие, в случае объединенного цикла циклонное устройство расширения и разделения - холодильник 3, 8 оптимум может быть найден для холодопроизводительности на единицу механической мощности в результате проведения четкого разделения механических мощностей между 1) компрессором подачи 20 и 2) компрессором холодильной установки для холодильника 3. Охлаждение внутри циклонного устройства расширения и разделения 8 можно обеспечить в результате ускорения потока подачи в сопле 10 до трансзвуковой или сверхзвуковой скорости. В трансзвуковых или сверхзвуковых условиях давление обычно уменьшается до 1/3 от величины давления подачи,в то же время температура обычно уменьшается до 3/4 от величины температуры подачи. Коэффициент падения Т на единицу падения Р для данного состава подачи определяют при использовании изоэнтропийного коэффициента полезного действия расширения, который составляет 80%. Изоэнтропийный коэффициент полезного действия выражает потери на трение и тепловые потери, возникающие внутри циклонного устройства расширения и разделения. В состоянии расширения внутри циклонного устройства расширения и разделения 8 основную часть С 2+ компонентов ожижают до получения мелкокапельной дисперсии и отделяют через внешнее выходное отверстие для вторичной текучей среды 12. Коэффициент расширения (Р/Рподача) выбирают таким, чтобы внутри сопла 10 до состояния жидкости конденсировалось бы, по меньшей мере, указанное извлеченное количество CXHY. Вне сопла 10, в котором поток текучей среды ускоряется и, тем самым,расширяется и охлаждается, поток в циклонном устройстве расширения и разделения 8 разделяется на С 2+ поток, обогащенный жидкостью (приблизительно 20 мас.%), и C1 поток, обедненный жидкостью,(приблизительно 80 мас.%). Основной C1 поток замедляется в диффузоре в центральном выходном отверстии для текучей среды 11, что в результате приводит к увеличению давления и температуры. Увеличение Р и сопутствующее увеличение Т в диффузоре определяют при использовании как изоэнтропийного коэффициента полезного действия расширения, так и изоэнтропийного коэффициента полезного действия повторного сжатия. Изоэнтропийный коэффициент полезного действия расширения определяет остаточную кинетическую энергию на входе в диффузор, в то время как изоэнтропийный коэффициент полезного действия повторного сжатия определяют потери внутри варианта реализации диффузора. Изоэнтропийный коэффициент полезного действия повторного сжатия для циклонного устройства расширения и разделения составляет приблизительно 85%. Поэтому получающееся в результате давление на выходе для основного C1 потока составляет величину, меньшую давления подачи, хотя и большую давления на выходе для влажного С 2+-4 010963 потока, которое равно рабочему давлению во фракционирующей колонне. В результате повторного сжатия температура основного C1 потока будет превышать температуру в верхней части фракционирующей колонны. Таким образом, потенциальная производительность данного основного C1 потока по предварительному охлаждению потока подачи будет ограничена. Последнее обстоятельство представляет собой собственное ограничение для трансзвукового или сверхзвукового циклонного устройства расширения и разделения. Собственный коэффициент полезного действия циклонного устройства расширения и разделения проявляется в том, что он обеспечивает получение концентрированного переохлажденного влажного С 2+ потока, питающего фракционирующую колонну. Способ разделения в колонне позволяют реализовать как пониженный расход, питающий фракционирующую колонну, так и относительно низкая температура. В случае схемы СНГ, включающей циклонное устройство расширения и разделения, оптимизация извлечения С 2+ заключается в обеспечении расширения в большей степени в циклонном устройстве расширения и разделения (т.е. уменьшения коэффициента Р/Рподача) и/или в уменьшении величины проскакивающего газового потока, который поступает вместе с влажным С 2+ потоком. Оба мероприятия в результате будут приводить к увеличению потерь давления,что потребует проведения сжатия до давления откачки. Предпочитается, чтобы в целях компенсации потерь давления в циклонном устройстве расширения и разделения по способам термодинамического моделирования был бы оценен оптимум величины выход С 2+/МВт мощности компрессора для соотношения между определенной мощностью компрессора охлаждения и мощностью компрессора откачки. Упомянутый объединенный цикл компенсирует недостаток ограниченного предварительного охлаждения. Для того чтобы переохладить поток подачи, испаритель в цикле охлаждения может быть соединен с входным отверстием циклонного устройства расширения и разделения 8. Фиг. 2A-2D иллюстрируют дросселирующий клапан Джоуля-Томсона (ДТ) или другого типа, который оборудован устройством для завихрения текучей среды, которое можно использовать в качестве альтернативы циклонному устройству расширения и разделения 8, проиллюстрированному на фиг. 1. Дросселирующий клапан ДТ, продемонстрированный на фиг. 2A-2D, имеет геометрию клапана, которая улучшает процесс коалесценции капелек, образованных во время расширения вдоль линии тока в дросселирующем клапане Джоуля-Томсона или другого типа. Данные более крупные капельки могут быть лучше отделены в сопоставлении со случаем традиционных дросселирующих клапанов ДжоуляТомсона или другого типа. В случае тарелочных колонн это обеспечивает уменьшение захвата жидкости на верхние тарелки и, таким образом, улучшение коэффициента полезного действия тарелки. Клапан, продемонстрированный на фиг. 2 А, включает корпус клапана 21, в котором тело клапана поршневого типа 22 и соответствующая перфорированная втулка 23 подвижно расположены таким образом, что в результате вращения зубчатого колеса 24 на валу клапана 25 зубчатый шток поршня 26 будет толкать тело клапана поршневого типа вверх и вниз в выходном канале для текучей среды 27, как это проиллюстрировано стрелкой 28. Клапан имеет входной канал для текучей среды 29, который имеет расположенную дальше по ходу потока кольцевую секцию 29 А, которая может окружать поршень 22 и/или перфорированную втулку 23, а величину потока текучей среды, которой разрешается течь из входного канала для текучей среды 29 в выходной канал для текучей среды 27, определяет осевое положение тела клапана поршневого типа 22 и соответствующей перфорированной втулки 23. Перфорированная втулка 23 включает наклонные, нерадиальные перфорации 30, которые формируют вихревое движение в потоке текучей среды в выходном канале для текучей среды 37, как это проиллюстрировано стрелкой 34. Пулевидное тело, направляющее завихрение, 35 прикрепляют к телу клапана поршневого типа 22 и располагают соосно с центральной осью 31 во внутреннем пространстве перфорированной втулки 3 и выходного канала для текучей среды 27 с целью улучшения и регулирования вихревого движения 34 потока текучей среды в выходном канале 27. Выходной канал для текучей среды 27 включает трубчатый делитель потока 39, который отделяет выходной проход для первичной текучей среды 11, предназначенный для транспортирования фракции,обогащенной метаном, обратно в первый теплообменник 1, продемонстрированный на фиг. 1, от кольцевого выходного отверстия длявторичной текучей среды 40, предназначенного для транспортирования фракции, обедненной метаном, через проход 13 во фракционирующую колонну 7, продемонстрированную на фиг. 1. Фиг. 2 В более подробно иллюстрирует то, что наклонные или нерадиальные перфорации 30 являются цилиндрическими и просверлены с выбранной частично тангенциальной ориентацией по отношению к центральной оси 31 выходного канала для текучей среды 27 таким образом, чтобы продольная ось 32 каждой из перфораций 30 пересекала бы центральную ось 31 на расстоянии D, которое составляет величину, кратную внутреннему радиусу R втулки 23 с коэффициентом в диапазоне от 0,2 до 1, предпочтительно от 0,5 до 0,99. На фиг. 2 В номинальную толщину материала перфорированной втулки 23 обозначают как t, а ширину цилиндрических перфораций 30 обозначают как d. В альтернативном варианте реализации клапана,соответствующего изобретению, перфорации 30 могут быть нецилиндрическими, такими как квадратные, прямоугольные или звездообразные, и в таком случае ширина d перфораций 30 представляет собой-5 010963 среднюю ширину, определенную как четырехкратная площадь поперечного сечения перфорации 30, поделенная на периметр перфорации 30. Предпочитается, чтобы соотношение d/t находилось бы в диапазоне от 0,1 до 2, а более предпочтительно от 0,5 до 1. Наклонные перфорации 30 формируют вихревое течение в потоке текучей среды, протекающем через выходной канал для текучей среды 27, как это проиллюстрировано стрелкой 34. Вихревое движение также может быть обусловлено специфической геометрией механизма клапана и/или тела, направляющего завихрение, 35. В клапане, соответствующем изобретению, доступное свободное давление используют для изоэнтальпийного расширения с целью создания вихревого течения в потоке текучей среды. После этого кинетическая энергия в основном рассеивается вследствие подавления завихрения по продолжению трубы, расположенному по ходу потока после клапана. Фиг. 2 С и 2D иллюстрируют то, что преимущество от формирования вихревого потока в выходном канале клапана является двояким. 1. Правильный рисунок скоростименьший межфазный сдвигменьшее разрушение капелекболее крупные капли. 2. Концентрирование капелек во внешней окружности 27 А поперечного сечения потока в выходном канале для текучей среды 27 более значительная численная плотностьулучшенная коалесценцияболее крупные капли 38. Хотя для создания вихревого потока в циклонном устройстве расширения и разделения в способе,соответствующем изобретению, можно использовать клапан Джоуля-Томсона или другой клапан безбайпасного и/или дросселирующего типа, предпочитается использовать дросселирующий клапан безпайпасного типа, поставляемый компанией Mokveld Valves В.V. и описываемый в ее международной патентной заявке WO 2004083691. Необходимо понимать то, что каждый способ охлаждения и разделения, используемый в системах извлечения СПГ, характеризуется своим характерным оптимумом в том, что касается энергосбережения. Также необходимо отметить и то, что способы охлаждения, близкие к изоэнтропийным, являются более энергосберегающими в сопоставлении с изоэнтальпийными способами, и что благодаря изоэнтропийным способам охлаждения циклонные устройства расширения являются более экономически рентабельными в сопоставлении с установками турбодетандеров, хотя и менее энергосберегающими. Как это ни удивительно, но в соответствии с изобретением было обнаружено то, что комбинация цикла изоэнтальпийного охлаждения (такого как в случае холодильника с механическим охлаждением) и способа охлаждения,близкого к изоэнтропийному, предпочтительно в циклонных устройствах расширения и разделения,обеспечивает получение синергизма в отношении энергосбережения, то есть совокупной мощности на единицу полученного объема СПГ. Необходимо понимать то, что различные циклонные устройства расширения и разделения в результате позволяют иметь различные изоэнтропийные коэффициенты полезного действия. Предпочтительное сопло в сборе в циклонном устройстве расширения и разделения, соответствующем изобретению, включает лопасти, придающие завихрение, в сборе, расположенные по ходу потока до сопла, и обеспечивает получение изоэнтропийного коэффициента полезного действия расширения 80%, в то время как другие циклонные устройства расширения и разделения, имеющие тангенциальную входную секцию и использующие противоточный вихревой поток (например, вихревые трубы РэнкаНилша), характеризуются существенно меньшим изоэнтропийным коэффициентом полезного действия расширения 60%. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ охлаждения потока природного газа и разделения охлажденного газового потока на различные фракции, характеризующиеся различными температурами кипения, такие как метан, этан, пропан, бутан и конденсаты, отличающийся тем, что охлаждают поток природного газа по меньшей мере в одном теплообменнике в сборе; разделяют охлажденный поток во входном сепарационном резервуаре на фракцию текучей среды,обогащенную метаном, и фракцию текучей среды, обедненную метаном; подают фракцию текучей среды, обедненную метаном, из входного сепарационного резервуара во фракционирующую колонну, в которой фракцию текучей среды, обогащенную метаном, отделяют от фракции текучей среды, обедненной метаном; подают по меньшей мере часть фракции текучей среды, обогащенной метаном, из входного сепарационного резервуара в циклонное устройство расширения и разделения, в котором упомянутая фракция текучей среды расширяется и, таким образом, охлаждается и разделяется на фракцию газообразной текучей среды, обогащенную метаном, и фракцию жидкой текучей среды, обедненную метаном, и подают фракцию текучей среды, обедненную метаном, из циклонного устройства расширения и разделения во фракционную колонну для дополнительного разделения,где циклонное устройство расширения и разделения включает:a) лопасти, придающие завихрение, в сборе, предназначенные для придания фракции текучей сре-6 010963 ды, обогащенной метаном, вихревого движения, которые располагают по ходу потока до сопла, причем фракция текучей среды, обогащенная метаном, ускоряется и расширяется, тем самым, дополнительно охлаждается таким образом, что центробежные силы будут разделять вихревой поток текучей среды на фракцию текучей среды, обогащенную метаном, и фракцию текучей среды, обедненную метаном, и циклонное устройство расширения и разделения дополнительно включает лопасти, придающие завихрение,в сборе, которые по ходу потока до сопла выступают, по меньшей мере, в частично радиальном направлении из торпедообразного центрального тела, имея больший внешний диаметр в сопоставлении с внутренним диаметром сопла, илиb) дросселирующий клапан, имеющий выходную секцию, которая снабжена устройством, придающим завихрение, которое придает вихревое движение потоку текучей среды, протекающему через выходной канал для текучей среды, тем самым, вызывая завихрение капелек жидкости в направлении внешней периферии выходного канала для текучей среды и их коалесценцию. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поток природного газа охлаждают в теплообменнике в сборе, включающем первый теплообменник и холодильник, таким образом, чтобы фракция текучей среды, обогащенная метаном, подаваемая на вход циклонного устройства расширения и разделения, имела бы температуру в диапазоне от -20 до -60 С, и где охлажденную фракцию, обогащенную метаном, выпускаемую из циклонного устройства расширения и разделения, направляют через первый теплообменник для охлаждения потока природного газа. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что теплообменник в сборе дополнительно включает второй теплообменник, в котором охлажденный поток природного газа, выпускаемый из первого теплообменника, дополнительно охлаждают перед подачей потока природного газа в холодильник, и где холодную текучую среду из нижней секции фракционной колонны подают во второй теплообменник для охлаждения потока природного газа во втором теплообменнике. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что циклонное устройство расширения включает сопло, а изоэнтропийный коэффициент полезного действия расширения в сопле циклонного устройства расширения составляет по меньшей мере 80%. 5. Система охлаждения потока природного газа и разделения охлажденного потока на различные фракции, характеризующиеся различными температурами кипения, такие как метан, этан, пропан, бутан и конденсаты, отличающаяся тем, что включает по меньшей мере один теплообменник в сборе, предназначенный для охлаждения потока природного газа; входной сепарационный резервуар, предназначенный для разделения охлажденного потока природного газа, имеющий верхнее выходное отверстие, предназначенное для выпуска фракции текучей среды,обогащенной метаном, и нижнее выходное отверстие, предназначенное для выпуска фракции текучей среды, обедненной метаном; фракционную колонну, которая соединена с нижним выходным отверстием входного сепарационного резервуара, где в данной колонне, по меньшей мере, некоторое количество фракции, обедненной метаном и выпускаемой из нижнего выходного отверстия входного сепарационного резервуара, дополнительно разделяют на фракцию, по существу, газообразной текучей среды, обогащенной метаном, и фракцию, по существу, жидкой текучей среды, обедненной метаном; циклонное устройство расширения и разделения, которое соединено с верхним выпускным отверстием входного сепарационного резервуара, где в данном устройстве упомянутая фракция текучей среды, обогащенная метаном, расширяется и, таким образом, дополнительно охлаждается и разделяется на фракцию текучей среды, обогащенную метаном, и фракцию текучей среды, обедненную метаном, и проход подачи, предназначенный для подачи фракции текучей среды, обедненной метаном, из циклонного устройства расширения и разделения во фракционирующую колонну для дополнительного разделения,где циклонное устройство расширения и разделения включает:a) лопасти, придающие завихрение, в сборе, предназначенные для придания фракции текучей среды, обогащенной метаном, вихревого движения, где данные лопасти расположены по ходу потока до сопла, в котором фракция текучей среды, обогащенная метаном, ускоряется и расширяется, тем самым,дополнительно охлаждается таким образом, что центробежные силы будут разделять вихревой поток текучей среды на фракцию текучей среды, обогащенную метаном, и фракцию текучей среды, обедненную метаном, и циклонное устройство расширения и разделения дополнительно включает лопасти, придающие завихрение, в сборе, которые по ходу потока до сопла выступают, по меньшей мере, в частично радиальном направлении из торпедообразного центрального тела, имея больший внешний диаметр в сопоставлении с внутренним диаметром сопла, илиb) дросселирующий клапан, имеющий выходную секцию, которая снабжена устройством, придающим завихрение, которое придает вихревое движение потоку текучей среды, протекающему через выходной канал для текучей среды, тем самым, вызывая завихрение капелек жидкости в направлении внешней периферии выходного канала для текучей среды и их коалесценцию. 6. Система по п.5, отличающаяся тем, что циклонное устройство расширения и разделения пред-7 010963 ставляет собой дросселирующий клапан, включающий корпус, тело клапана, которое подвижно расположено в корпусе таким образом, что тело клапана будет контролировать поток текучей среды из входного канала для текучей среды в выходной канал для текучей среды клапана, дополнительно включает перфорированную втулку, через которую во время использования текучая среда перетекает из входного канала для текучей среды в выходной канал для текучей среды, а тело клапана дает возможность текучей среде перетекать из входного канала для текучей среды в выходной канал для текучей среды, где, по меньшей мере, некоторые перфорации втулки имеют, по меньшей мере, частично тангенциальную ориентацию по отношению к продольной оси втулки, такую, которая внутри выходного канала для текучей среды вызывает завихрение потока многофазной текучей среды и приводит к завихрению капелек жидкости в направлении внешней периферии выходного канала для текучей среды и к их коалесценции с образованием увеличенных капелек жидкости. 7. Система по п.6, отличающаяся тем, что фракционная колонна в сборе соединена с выходным каналом дросселирующего клапана, где в данном узле в сборе жидкая и газообразная фазы текучей среды,выпускаемой из клапана, по меньшей мере, частично разделяются. 8. Система по п.5, отличающаяся тем, что циклонное устройство расширения и разделения включает лопасти, придающие завихрение, в сборе, которые по ходу потока сопла выступают, по меньшей мере,в частично радиальном направлении из торпедообразного центрального тела, имея больший внешний диаметр в сопоставлении с внутренним диаметром сопла. 9. Система по п.5, отличающаяся тем, что система дополнительно включает компрессор подачи и воздушный охладитель, которые расположены по ходу потока до первого теплообменника. 10. Система по п.5, отличающаяся тем, что система снабжена устройством контроля температуры,которое имеет конфигурацию, позволяющую выдерживать температуру во входном отверстии циклонного устройства расширения и разделения в диапазоне от -20 до -60 С.