Способ и технологическая установка для сжижения газа

Номер патента: 16330

Опубликовано: 30.04.2012

Авторы: Бренденг Эйнар, Нексо Петтер

Есть еще 3 страницы.

Смотреть все страницы или скачать PDF файл.

Формула / Реферат

1. Способ охлаждения и, по выбору, сжижения газового продукта, в частности сжижения природного газа, основанный на замкнутом контуре теплообмена многокомпонентного холодильного агента с объединенной композицией из более летучей фракции и менее летучей фракции, с газом, подлежащим охлаждению и, по выбору, конденсированию, отличающийся тем, что он включает в себя этапы, на которых

направляют газовый продукт, подлежащий охлаждению, по меньшей мере через один первичный двухпоточный теплообменник (20);

направляют холодильный агент с объединенной композицией из первого по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64) по меньшей мере через один компрессор (46);

отводят тепло, поглощенное холодильным агентом, за счет теплообмена в одном или более теплообменниках (54), например, с водой или на установке предварительного охлаждения;

пропускают охлажденный холодильный агент по меньшей мере в один фазовый сепаратор (60) для разделения холодильного агента на более летучую и менее летучую фракции;

охлаждают более летучую фракцию при теплообмене с холодильным агентом низкого давления объединенной композиции за счет его пропускания через первый по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (64);

дополнительно охлаждают более летучую фракцию при теплообмене через второй по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (114);

направляют первую часть дополнительно охлажденной более летучей фракции из второго по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (114) к первому дроссельному устройству (118) и направляют эту часть на теплообмен во второй по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (114) в качестве первого холодильного агента низкого давления;

направляют оставшуюся другую часть дополнительно охлажденной более летучей фракции из второго по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (114) к второму дроссельному устройству (76) для превращения в оставшийся холодильный агент низкого давления и направляют эту часть на теплообмен с газовым продуктом, который подлежит охлаждению через по меньшей мере один первичный теплообменник (20);

дросселируют с помощью третьего дроссельного устройства (102) менее летучую фракцию по меньшей мере из одного фазового сепаратора (60) для превращения во второй холодильный агент низкого давления и направляют эту менее летучую фракцию, объединенную с оставшимся холодильным агентом низкого давления по меньшей мере из одного первичного теплообменника (20) и первым холодильным агентом низкого давления из второго по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (114), при этом второй холодильный агент низкого давления с менее летучей фракцией, первый холодильный агент низкого давления с первой частью более летучей фракции и оставшийся холодильный агент низкого давления с оставшейся другой частью более летучей фракции образуют общее количество объединенной композиции холодильного агента низкого давления, на теплообмен и полное испарение через первый по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (64) и

замыкают контур путем направления испарившегося холодильного агента к компрессору (46).

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе направления газового продукта, который подлежит охлаждению, по меньшей мере через один первичный двухпоточный теплообменник (20) также направляют охлажденный и, по выбору, сжиженный газовый продукт через четвертое дроссельное устройство (24) в резервуар (28) хранения.

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапах охлаждения более летучей фракции при теплообмене с указанным холодильным агентом низкого давления за счет ее пропускания через первый по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64) и ее дополнительного охлаждения при теплообмене во втором по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (114) дополнительно смешивают газ и жидкость во втором по меньшей мере из двух теплообменников (114) с помощью смешивающего устройства (119) на впускном отверстии высокого давления теплообменника (114).

4. Способ по п.1, отличающийся тем, что с целью достижения лучшего распределения газа и жидкости в первом по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64) их смешивают с помощью смешивающего устройства (121), размещенного на входе в первый вторичный двухпоточный теплообменник (64).

5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапах охлаждения более летучей фракции при теплообмене с холодильным агентом низкого давления путем пропускания ее через первый по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64) дополнительно разделяют газ и жидкость во втором фазовом сепараторе (153), размещенном после первого вторичного теплообменника (64), перед последующим направлением газовой части более летучей фракции и жидкой части более летучей фракции для повторного смешивания перед дополнительным охлаждением более летучей фракции при теплообмене во втором по меньшей мере из двух двухпоточных вторичных теплообменников (114).

6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапах охлаждения

более летучую фракцию для теплообмена с общим количеством объединенной композиции и холодильным агентом низкого давления пропускают через первый по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64), затем разделяют газ и жидкость во втором фазовом сепараторе (201), размещенном после первого вторичного теплообменника (64), после чего направляют газовую часть более летучей фракции к одному по меньшей мере из двух параллельных двухпоточных теплообменников (200) для сжижения и направляют жидкую часть более летучей фракции ко второму по меньшей мере из двух параллельных двухпоточных теплообменников (114) для переохлаждения, перед чем повторно смешивают раздельные потоки жидкости в смешивающем устройстве (220) и

направляют часть дополнительно охлажденной более летучей фракции к первому дроссельному устройству (118) и после него на теплообмен в один по меньшей мере из двух параллельных двухпоточных теплообменников (114) в качестве первого холодильного агента низкого давления,

направляют другую часть дополнительно охлажденной более летучей фракции к пятому дроссельному устройству (202) и после него на теплообмен в один по меньшей мере из двух параллельных двухпоточных теплообменников (200) в качестве третьего холодильного агента низкого давления,

направляют еще одну часть дополнительно охлажденной более летучей фракции ко второму дроссельному устройству (76) и после него на теплообмен с газовым продуктом, который подлежит охлаждению по меньшей мере через один первичный двухпоточный теплообменник (20),

дросселируют менее летучую фракцию по меньшей мере из одного фазового сепаратора (60) для превращения в часть второго холодильного агента низкого давления и направляют эту менее летучую фракцию, смешанную вместе с оставшимся холодильным агентом низкого давления по меньшей мере из одного первичного теплообменника (20) и первым и третьим холодильными агентами низкого давления из вторичных теплообменников (114, 200), на теплообмен в первый по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (64).

7. Способ по п.1, отличающийся тем, что менее летучую фракцию по меньшей мере из одного фазового сепаратора (60) используют в качестве рабочей жидкости в эжекторе (106) и в качестве части общего количества объединенной композиции холодильного агента низкого давления и для увеличения давления или улучшения смешивания потоков менее летучего холодильного агента низкого давления, перед тем как поток вступает в теплообмен в первом из указанных по меньшей мере двух вторичных двухпоточных теплообменников (64).

8. Технологическая установка для охлаждения и, по выбору, сжижения газового продукта, в частности для сжижения природного газа, основанная на замкнутом контуре теплообмена многокомпонентного холодильного агента с газом, который подлежит охлаждению и, по выбору, конденсированию, отличающаяся тем, что содержит

по меньшей мере один первичный двухпоточный теплообменник (20), выполненный с возможностью охлаждения газового продукта (10), направляемого к теплообменнику;

по меньшей мере один компрессор (46), выполненный с возможностью сжатия холодильного агента низкого давления, направляемого из первого по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64);

по меньшей мере один теплообменник (54) для переохлаждения и частичного сжижения сжатого холодильного агента;

по меньшей мере один фазовый сепаратор (60), выполненный с возможностью разделения частично сжиженного многокомпонентного холодильного агента на более летучую и на менее летучую фракции;

по меньшей мере два вторичных двухпоточных теплообменника (64, 114), причем первый теплообменник (64) выполнен с возможностью охлаждения более летучей фракции из фазового сепаратора (62), при этом второй теплообменник (114) выполнен с возможностью дополнительно охлаждать более летучую фракцию;

первое дроссельное устройство (118), выполненное с возможностью снижения давления первой части более летучей фракции для превращения в первый холодильный агент низкого давления, подлежащий теплообмену во втором из указанных по меньшей мере двух вторичных теплообменников;

второе дроссельное устройство (76), размещенное для снижения давления оставшейся части более летучей фракции для превращения в холодильный агент низкого давления, подлежащий теплообмену по меньшей мере в одном первичном теплообменнике (20);

третье дроссельное устройство (102), выполненное с возможностью снижения давления менее летучей фракции по меньшей мере из одного фазового сепаратора (60) для превращения в часть холодильного агента низкого давления, для смешивания с вторым холодильным агентом низкого давления по меньшей мере из одного первичного теплообменника (20) и первым холодильным агентом низкого давления из второго по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (114), при этом менее летучая фракция, первая часть более летучей фракции и оставшаяся другая часть более летучей фракции образуют общее количество холодильного агента низкого давления, которое направляется на теплообмен через первый по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (64).

9. Технологическая установка по п.8, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из теплообменников является противоточным теплообменником.

10. Технологическая установка по п.8, отличающаяся тем, что содержит смешивающее устройство, например статический смеситель (119), между первым и вторым по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64, 114), при этом упомянутое смешивающее устройство (119) размещено для лучшего распределения газа и жидкости во втором из указанных по меньшей мере двух вторичных теплообменников (114).

11. Технологическая установка по п.8, отличающаяся тем, что содержит смешивающее устройство, например статический смеситель (121), между первым и вторым по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64, 114), при этом упомянутое смешивающее устройство (121) размещено для лучшего распределения газа и жидкости в первом из указанных по меньшей мере двух вторичных теплообменников (64).

12. Технологическая установка по п.8, отличающаяся тем, что содержит второй фазовый сепаратор (153) между первым и вторым по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64, 114), при этом упомянутый второй фазовый сепаратор (153) выполнен с возможностью разделения газа и жидкости с целью улучшения распределения указанных двух фаз равномерно между параллельными каналами в теплообменнике (114) перед дополнительным охлаждением холодильного агента во втором по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (114).

13. Технологическая установка по п.8, отличающаяся тем, что содержит второй фазовый сепаратор (201) после первого (64) из указанных по меньшей мере двух вторичных двухпоточных теплообменников, при этом упомянутый второй фазовый сепаратор (201) выполнен с возможностью разделения и охлаждения газа и жидкости в указанных двух двухпоточных теплообменниках (114, 200) перед их повторным смешиванием и последующим дросселированием жидкости по меньшей мере в трех клапанах (76, 118, 202) для превращения в часть указанного холодильного агента низкого давления по меньшей мере в двух вторичных теплообменниках (114, 200) и по меньшей мере одном первичном двухпоточном теплообменнике (20).

14. Технологическая установка по п.8, отличающаяся тем, что содержит эжектор (106), в котором менее летучая фракция из фазового сепаратора (60) используется в качестве рабочего потока с целью увеличения давления или лучшего смешивания других потоков (86, 88) холодильного агента низкого давления перед тем, как смешанный поток войдет в качестве холодильного агента низкого давления в первый из указанных по меньшей мере двух вторичных двухпоточных теплообменников (64).

Рисунок 1

Текст

Смотреть все

СПОСОБ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ УСТАНОВКА ДЛЯ СЖИЖЕНИЯ ГАЗА Настоящее изобретение относится к технологической установке и способу охлаждения и, по выбору, сжижения газового продукта, в частности сжижения природного газа, основанного на замкнутом контуре теплообмена многокомпонентного холодильного агента с газом, который подлежит охлаждению и, по выбору, конденсированию. Технологическая установка содержит по меньшей мере один первичный двухпоточный теплообменник (20), размещенный для охлаждения газового продукта (10), направляемого к теплообменнику, по меньшей мере один компрессор(46), размещенный для сжатия холодильного агента низкого давления, направляемого из первого по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64), по меньшей мере один теплообменник (54) для переохлаждения и частичного сжижения сжатого холодильного агента, по меньшей мере один фазовый сепаратор (60), размещенный для разделения частично сжиженного многокомпонентного холодильного агента на более летучую фракцию и на менее летучую фракцию, по меньшей мере два вторичных двухпоточных теплообменника (64, 114),первый теплообменник (64) по меньшей мере из двух вторичных теплообменников размещен для охлаждения более летучей фракции из фазового сепаратора (62), при этом второй теплообменник(114) по меньшей мере из двух вторичных теплообменников размещен, чтобы дополнительно охлаждать более летучую фракцию, дроссельное устройство (118), размещенное для снижения давления части более летучей фракции для превращения в холодильный агент низкого давления,который подлежит теплообмену во втором по меньшей мере из двух вторичных теплообменников,дроссельное устройство (76), размещенное для снижения давления части более летучей фракции для превращения в холодильный агент низкого давления, который подлежит теплообмену по меньшей мере в одном первичном теплообменнике (20), дроссельное устройство (102),размещенное для снижения давления части менее летучей фракции по меньшей мере из одного фазового сепаратора (60) для превращения в холодильный агент низкого давления, для смешивания с холодильным агентом низкого давления по меньшей мере из одного первичного теплообменника(20) и холодильным агентом низкого давления из второго теплообменника (114) по меньшей мере из двух вторичных теплообменников, при этом менее летучая фракция, первая часть более летучей фракции и оставшаяся другая часть более летучей фракции образуют общее количество холодильного агента низкого давления и подлежат направлению на теплообмен через первый по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (64). 016330 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу сжижения газа, в частности природного газа, с использованием многокомпонентного холодильного агента. Описание предшествующего уровня техники Сжижение газа, в частности природного газа, хорошо известно для больших технологических установок, так называемых "установок с базисной нагрузкой" и для заводов по сжижению газа, подаваемого в период пикового потребления. Такие установки имеют общее свойство, заключающееся в том, что они превращают, по существу, квантовый газ в единицу времени так, что они несут значительные начальные капитальные затраты. Затраты на единицу объема газа будут относительно снижаться с течением времени. Многокомпонентные холодильные агенты широко используются для таких установок, поскольку это самый эффективный путь достижения достаточно низких температур. Клименко (10 Международный конгресс по холоду, 1959) описывает процесс многокомпонентного охлаждения и сжижения природного газа на основе использования многопоточных теплообменников. В патенте США 3593535 описана установка для тех же целей, на основе использования трехпоточных теплообменников спирального типа с верхним направлением потока для конденсирующей жидкости и нижним направлением потока для испаряющейся жидкости. Подобная установка известна из патента США 3364685, в которой, однако, теплообменники являются двухпоточными теплообменниками с двумя ступенями давления и направлениями потоков, как описано ранее. В патенте США 2041745 описана установка для сжижения природного газа, частично на основе трехпоточных теплообменников, в которых более летучий компонент холодильного агента конденсируются в открытом процессе. В таком открытом процессе требуется, чтобы состав газ был адаптирован к цели. Закрытые процессы обычно являются более летучими. Однако существует потребность в сжижении газа, в частности природного газа, во многих местах, где нет возможности воспользоваться большими промышленными выгодами, например в связи с местным распределением природного газа, когда установка должна быть размещена на газопроводе, тогда как сжиженный газ перевозят на грузовых машинах, маленьких кораблях и т.п. В таких ситуациях существует потребность в маленьких и менее дорогих установках. Маленькие установки также были бы удобны в связи с маленькими газовыми месторождениями,например так называемого попутного газа, или в связи с большими установками, где требуется избежать факельного сжигания газа. Далее по тексту термин "газовый продукт" используется как синоним природного газа или другого газа, который подлежит сжижению. Для таких установок более важны низкие капитальные затраты, нежели оптимальное использование энергии. Кроме того, маленькая установка может быть собрана на заводе-изготовителе и переправлена к месту использования в одном или нескольких стандартных контейнерах. В патенте США 6751984, полученном заявителем настоящего изобретения, описана концепция маломасштабного сжижения газового продукта. Концепция основана на использовании двухпоточных теплообменников с нижним направлением потока для конденсирующейся жидкости и верхним направлением потока для испаряющейся жидкости. Охлаждение имеет место главным образом на одном уровне давления. Однако недостатком этого процесса является то, что он требует много теплообменников для реализации процесса и по меньшей мере двух последовательно соединенных первичных теплообменников для конденсации газового продукта. Это делает процесс в какой-то степени сложным и к тому же менее подходящим для использования в некоторых применениях. Задачи Таким образом, задачами настоящего изобретения являются создание способа и технологической установки для сжижения газа, в частности природного газа, которые приспособлены для маломасштабного сжижения газа. Кроме того, задачей изобретения является создание установки для сжижения газа с небольшими капитальными затратами. Таким образом, производными задачами являются получение способа и маломасштабной технологической установки для охлаждения и сжижения газа, в частности природного газа, с использованием многокомпонентного холодильного агента, в котором установка основана исключительно на обычных двухпоточных теплообменниках и предпочтительно обычных компрессорах с масляной смазкой. Кроме того, производной задачей является получение маломасштабной технологической установки для сжижения природного газа, которая может быть перевезена, будучи собранной на заводеизготовителе, к месту использования. Кроме того, задачей является разработка упрощенной концепции по сравнению с известными концепциями, чтобы дополнительно снизить затраты, упростить работу и обслуживание и за счет этого увеличить применимость.-1 016330 Изобретение Вышеупомянутые задачи достигаются с помощью способа по п.1 формулы изобретения и с помощью установки по п.8 формулы изобретения. Предпочтительные и альтернативные варианты осуществления способа и установки согласно изобретению описаны в зависимых пунктах. С помощью установки согласно изобретению получают маломасштабную установку для охлаждения и сжижения, в которой капитальные затраты на установку не препятствуют рентабельной работе. За счет способа комбинирования составных частей установки избегают того, что масло из компрессоров,которое будет до некоторой степени загрязнять холодильный агент, следует за потоком холодильного агента к самым холодным частям установки. Таким образом, избегают замерзания масла и забивания им трубопроводов и т.д. В концепции по патенту США 6751384 было необходимо оборудование для распределения холодильного агента между парами теплообменников в отдельных рядах. В настоящей концепции не требуется специального оборудования для распределения холодильного агента между параллельными парами теплообменников. Газовый продукт охлаждают, сжижают и/или переохлаждают в одном теплообменнике, предпочтительно пластинчатом теплообменнике, обозначенном как первичный теплообменник,тогда как многокомпонентный холодильный агент охлаждают, частично сжижают и затем сжижают и/или переохлаждают в двух теплообменниках, обозначенных как вторичные теплообменники. Первичные и вторичные теплообменники могут быть, а могут и не быть теплообменниками одного и того же типа и иметь похожие размеры, при этом число каналов будет зависеть от скорости потока через теплообменники. Использование многокомпонентного холодильного агента известно само по себе, одновременно с этим не известно получение выгоды за счет его способности достигать очень низких температур в простой установке на основе использования таким простым путем обычных составных элементов. С помощью установки согласно настоящему изобретению также можно получить обычное направление потока на установке, а именно, что испаряющаяся жидкость движется вверх, тогда как в это время конденсирующаяся жидкость движется вниз, причем избегая того, что сила тяжести негативно вмешивается в процесс. Однако изобретение не ограничено этим вариантом, поскольку равным образом возможны другие конфигурации. Чертежи На фиг. 1 показана схема технологической установки согласно настоящему изобретению,на фиг. 2 показан альтернативный вариант осуществления установки по фиг. 1,на фиг. 3 показан альтернативный вариант осуществления установки по фиг. 1,на фиг. 4 показан альтернативный вариант осуществления установки по фиг. 1,на фиг. 5 показана секция установки по фиг. 1 с альтернативным вариантом осуществления смешивающего устройства для холодильного агента. Питающий поток газа, например природного газа, подают через трубопровод 10. Это сырье охлаждают до температуры, например, приблизительно между -10 и 20 С и при давлении настолько высоким,насколько это разрешается для обсуждаемого пластинчатого теплообменника, например 30 бар. Природный газ был предварительно осушен, СО 2 был удален до некоторого уровня, при котором в теплообменнике не происходит застывания. Газовый продукт охлаждают в первичном теплообменнике 20 от около-130 до -160 С, обычно -150 С, за счет теплообмена с холодильным агентом низкого давления (нижнего уровня), который подают в теплообменник через трубопровод 78 и выводят из теплообменника через трубопровод 88. В теплообменнике 20 газовый продукт охлаждают до такой низкой температуры, которая достаточна, чтобы обеспечить маленькое испарение или его отсутствие при последующем дросселировании до давления резервуара 28 хранения. Температура в резервуаре 28 хранения обычно может быть-136 С при 5 бар или -156 С при 1,1 бар, при этом природный газ направляют в резервуар через дроссельное устройство 24 и трубопровод 26. Холодильный агент низкого давления, подаваемый в теплообменник 20 через трубопровод 78, находится в своем самом холодном состоянии в технологической установке и содержит только самые летучие части холодильного агента. Холодильный агент низкого давления в трубопроводе 40, поступающий из теплообменника 64, в котором его используют для охлаждения холодильного агента верхнего уровня, направляют по меньшей мере к одному компрессору 46, где давление увеличивается обычно до 20 бар. Холодильный агент затем протекает через трубопровод 52 к теплообменнику 54, где все тепло, поглощенное холодильным агентом из природного газа на этапах, описанных выше, отводится за счет теплообмена с доступным приемником отводимого тепла, таким как холодная вода или установка предварительного охлаждения. Холодильный агент таким образом охлаждают до температуры обычно около 20 С, возможно более низкой с помощью предварительного охлаждения, и частично конденсируют. С этого момента холодильный агент протекает через трубопровод 58 к фазовому сепаратору 60, где наиболее летучие компоненты отделяют наверх через трубопровод 62. Эта часть холодильного агента составляет холодильный агент верхнего уровня для вторичного теплообменника 64. В теплообменнике 64 холодильный агент верхнего уровня из трубопровода 62 охлаждают и частично конденсируют с помощью холодильного агента низкого давления, который подают к теплообменнику 64 через трубопровод 90 и выводят из теплообменника через трубопровод-2 016330 40. Из теплообменника 64 холодильный агент верхнего уровня протекает через трубопровод 74 ко второму вторичному теплообменнику 114, расположенному параллельно с первичным теплообменником 20. В теплообменнике 114 холодильный агент верхнего уровня из трубопровода 74 охлаждают и частично или полностью конденсируют с помощью холодильного агента низкого давления, который подают к теплообменнику 114 через трубопровод 120 и выводят из теплообменника через трубопровод 86. Из теплообменника 114 частично или полностью сконденсированный холодильный агент верхнего уровня протекает через трубопровод 116 к дроссельным устройствам 76 и 118 для дросселирования до более низкого давления. Поток через устройство 76 течет с этого места как холодильный агент низкого давления через трубопровод 78 к теплообменнику 20, где происходит сжижение газа. Холодильный агент в трубопроводе 78 находится таким образом при самой низкой температуре на протяжении всего процесса и почти такой же холодный как в трубопроводе 120, обычно в диапазоне от -140 до -160 С. Части частично конденсированного, полностью конденсированного или переохлажденного холодильного агента верхнего уровня в трубопроводе 116 направляют ко второму вторичному теплообменнику 114 после того, как он был дросселирован до низкого давления в дроссельном устройстве 118. Этот холодильный агент протекает через трубопровод 120 к теплообменнику 114, в котором он используется для охлаждения холодильного агента верхнего уровня, перед тем как покинет теплообменник через трубопровод 86. Из фазового сепаратора 60 наименее летучую часть потоков холодильного агента через трубопровод 100 дросселируют до более низкого давления через дроссельное устройство 102, смешивают с потоками холодильного агента низкого давления из трубопроводов 86 и 88, покидающих теплообменники 114 и 20 соответственно, где после этого объединенный поток холодильного агента низкого давления течет в теплообменник 64 через 90. Вместе с менее летучей фракцией холодильного агента в трубопроводе 100 всегда будет находиться некоторое количество загрязнений в виде масла, когда используются обычные компрессоры, охлаждаемые маслом. Таким образом, признаком настоящего изобретения является то, что этот первый менее летучий поток 100 холодильного агента из фазового сепаратора 60 используется только для теплообмена в теплообменнике 64, который является самым холодным, поскольку теплообменник составляет первый этап охлаждения холодильного агента. Холодильный агент низкого давления, протекающий вверх через два теплообменника, установленных параллельно и обозначенных как первичные теплообменники для охлаждения газового продукта, и вторичный теплообменник для охлаждения холодильного агента верхнего уровня, будет нагреваться и частично испаряться за счет тепла, полученного от газового продукта и от холодильного агента верхнего уровня. Поток холодильного агента низкого давления для двух теплообменников 114 и 20 разделен на частичные потоки, которые затем соединяются вместе, имея, по существу, одно и то же давление. Удобно, что можно контролировать температуру двух потоков холодильного агента верхнего уровня, покидающих два теплообменника, т.е. что температура холодильного агента верхнего уровня в трубопроводе 116 находится приблизительно в том же диапазоне, что и температура газового продукта в трубопроводе 22. Это может быть достигнуто соответствующим управлением дроссельных устройств 118, 76 и 24. На фиг. 2 показан альтернативный вариант осуществления установки по фиг. 1. Поток холодильного агента верхнего уровня в трубопроводе 74 будет находиться в двухфазном состоянии на входе в теплообменник 114. Чтобы достичь удовлетворительного распределения холодильного агента между параллельными каналами в теплообменнике 114, статичное смешивающее устройство 119 может быть вставлено в трубопровод 74 на входном отверстии теплообменника. Производительность статических смесителей увеличивается с увеличением падения давления, при этом падение давления, например, в 1 бар может быть разрешено со стороны холодильного агента верхнего уровня. Поток холодильного агента низкого давления в трубопроводе 90 будет находиться в двухфазном состоянии на входе в теплообменник 64. Чтобы достичь удовлетворительного распределения холодильного агента между параллельными каналами в теплообменнике 64, статичное смешивающее устройство 121 могло бы быть вставлено в трубопровод 90 на входном отверстии теплообменника. Поскольку любое существенное падение давления снижает производительность установки, падение давления в смесителе должно быть насколько это возможно низким. На фиг. 3 показан альтернативный вариант осуществления установки по фиг. 1, где сепаратор 153 вставлен в трубопровод 74 холодильного агента верхнего уровня. Поток двухфазного холодильного агента в трубопроводе 74 разделяют на газовую составляющую часть, подаваемую через трубопровод 151 к входу теплообменника 114, и жидкую составляющую часть, подаваемую через трубопровод 152 ко входу того же теплообменника 114. Специальное распределительное устройство, которое не показано,должно быть установлено во входном отверстии для равномерного распределения жидкости между параллельными каналами в теплообменнике. На фиг. 4 показан альтернативный вариант осуществления установки по фиг. 1, в которой сепаратор 201 был вставлен в трубопровод 74 холодильного агента верхнего уровня. Поток двухфазного холодильного агента в трубопроводе 74 разделяют на более летучую газовую фракцию, направляемую по трубопроводу 211 к теплообменнику 200, и менее летучую жидкую часть, направляемую по трубопроводу 212-3 016330 к теплообменнику 114. Газовую часть сжижают и возможно переохлаждают в теплообменнике 200, при этом жидкость переохлаждают в теплообменнике 114. Жидкость из теплообменника 200 направляют в трубопроводе 213 к статическому смесителю 220, при этом жидкость из теплообменника 114 направляют в трубопровод 116 к тому же смесителю 220 для повторного смешивания двух отдельных потоков жидкости. Кроме того, часть вновь смешанного потока более летучей жидкости направляют в трубопровод 117 в дроссельное устройство 118 и направляют в трубопровод 120 на теплообмен в теплообменнике 114 в качестве холодильного агента низкого давления. Другую часть вновь смешанного потока более летучей жидкости направляют в трубопровод 214 к дроссельному устройству 202 и направляют в трубопровод 215 на теплообмен в теплообменнике 200 в качестве холодильного агента низкого давления. Еще одну часть вновь смешанного потока более летучей жидкости направляют в трубопровод 77 в дроссельное устройство 76 и направляют в трубопровод 78 в качестве холодильного агента низкого давления для теплообмена с газовым продуктом, который должен быть охлажден в первичном теплообменнике 20. На фиг. 5 показана секция установки по фиг. 1, содержащая фазовый сепаратор 60, вторичный теплообменник 64 (первый этап охлаждения холодильного агента) и трубопроводы 86 и 88, идущие из теплообменников 114/20. В дополнение, на фиг. 5, кроме того, показан комбинированный эжектор и смешивающее устройство 106, принимающие потоки холодильного агента из трубопроводов 86, 88 и 104, сравни с фиг. 1, в которых кинетическая энергия от снижения давления с высокого уровня до низкого уровня в трубопроводе 104 используется для преодоления потери давления в смесителе для тонкой дисперсии жидкости в двухфазном потоке. Смешивающее устройство 106 с его расположенной ниже по ходу стороне подает поток на трубопровод 90, ведущий к вторичному теплообменнику 64, для получения хорошего распределения двухфазного потока в параллельных каналах теплообменника. Управляющее средство, которое не показано, подключено между фазовым сепаратором 60 и дроссельным устройством 102,которое постоянно контролируется таким образом, что обеспечивает, чтобы уровень конденсированной фазы в фазовом сепараторе поддерживался между максимальным и минимальным уровнем. Это может быть совмещено с управлением области сопла в эжекторе, ручным образом или автоматически с помощью схемы, управляемой процессором. В то время как на фиг. 1 показан только один компрессор, часто более удобно сжимать холодильный агент в два последовательных этапа, предпочтительно с промежуточным охлаждением. Это можно сделать с уровнем эффективного сжатия, получаемого с помощью простых компрессоров с масляной смазкой, и может быть адаптировано согласно потребностям специалиста. Ссылаясь опять на фиг. 1, может быть удобно использовать дополнительный теплообменник, как объяснено ниже. Поскольку холодильный агент низкого давления в трубопроводе 40 обычно будет иметь температуру ниже, чем температура холодильного агента верхнего уровня в трубопроводе 58, может быть удобно осуществить теплообмен между ними (не показано), понижая, таким образом, температуру упомянутого холодильного агента верхнего уровня дополнительно до его ввода в фазовый сепаратор 60 через трубопровод 58. С помощью способа и установки согласно настоящему изобретению предложено решение, с помощью которого газовый продукт, такой как природный газ, может быть сжижен экономично в малых масштабах, поскольку используемые технологические средства являются очень простыми. Управление и адаптация способа процесса обеспечивают, что масло из компрессоров, загрязняющее газовый продукт,не может замерзнуть и забить трубопровод или теплообменники, поскольку масло не доходит до самых холодных частей установки. Малогабаритная установка для сжижения газа, описанная здесь, может быть использована в нескольких различных применениях для частичного или полного сжижения газа с низкой температурой кипения. Преимущество установки заключается в том, что установка может быть смонтирована на полозьях или доставлена в стандартных контейнерах, также в том, что потребление энергии является довольно низким, и в том, что время доставки может быть меньше, чем для других малогабаритных систем. Различными примерами использования способа и установки согласно настоящему изобретению, не носящими ограничительного характера, могут быть следующие. Сжижение природного газа из газовых трубопроводов для транспортировки грузовиками для удаленных пользователей. Пользователи могут быть постоянными пользователями, когда распределение через трубопровод не является экономически обоснованным. Малогабаритная установка по сжижению может быть доставлена смонтированной на полозьях на место использования и может быть легко изъята,если потребность в производстве сжиженного натурального газа изменилась. Сжижение природного газа из газовых трубопроводов для производства топлива для транспортных средств. Транспортировка грузовиками сжиженного природного газа в некоторых случаях может быть расценена как риск для окружающей среды, но этот риск устранен в случае транспортировки сжиженного природного газа при местном производстве топлива. Малогабаритная установка по сжижению может быть доставлена на место использования смонтированной на полозьях и может быть легко изъята, если потребность в производстве сжиженного натурального газа изменилась. Сжиженный метан, полученный из свалок, представляет собой повышенный интерес в качестве,например, топлива для транспортных средств. Малогабаритная установка для сжижения, описанная-4 016330 здесь, со сравнительно низким потреблением энергии и низкими капитальными затратами хорошо подходит для этой цели. Малогабаритная установка по сжижению может быть доставлена на место свалки отходов смонтированной на полозьях и может быть легко изъята, когда производство газа со свалки исчерпано. Также установка хорошо подходит для сжижения газа вторичной обработки. Сжижение удаленного природного газа из маленьких газовых скважин, газа из закрытых газовых скважин и труднодоступного газа. Поскольку запасы газа в маленьких газовых скважинах могут быть ограничены, легкая транспортабельность маленькой установки по сжижению будет иметь преимущество. Кроме того, установка может быть использована для сжижения газа, который еще должен быть сожжен на факелах. Сжиженный газ может быть транспортирован грузовиками к потребителям или к силовым установкам для производства электричества, таким образом, делая возможным использование природного газа в областях, в которых строительство линий газовых трубопроводов не является экономически оправданным. Газ из угольных пластов, состоящий главным образом из метана, является важным источником энергии. Для угольных пластов, в которых должно быть пробурено большое число скважин, при этом производительность производства газа для каждой скважины ограничена, малогабаритная установка по сжижению может быть использована для сжижения метана, таким образом, сохраняя ценное топливо для использования в различных применениях. Кроме того, уменьшение выбросов метана важно для предотвращения глобального потепления. Повторное сжижение газа, испарившегося из резервуаров на бортах малых танкеров, особенно судов для транспортировки сжиженного природного газа. Для малых судов с резервуарами газа для транспортировки сжиженного природного газа рассматривалось только термическое окисление испарившегося газа, поскольку другие способы, как, например, использование обратного контура Брайтона, может быть слишком затратным и энергоемким при требуемых малых размерах. Повторное сжижение испарившегося газа из береговых резервуаров, как вспомогательных резервуаров сжиженного природного газа, когда изменяется потребность в газе, и иногда она может быть ниже, чем количество испарившегося газа. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ охлаждения и, по выбору, сжижения газового продукта, в частности сжижения природного газа, основанный на замкнутом контуре теплообмена многокомпонентного холодильного агента с объединенной композицией из более летучей фракции и менее летучей фракции, с газом, подлежащим охлаждению и, по выбору, конденсированию, отличающийся тем, что он включает в себя этапы, на которых направляют газовый продукт, подлежащий охлаждению, по меньшей мере через один первичный двухпоточный теплообменник (20); направляют холодильный агент с объединенной композицией из первого по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64) по меньшей мере через один компрессор (46); отводят тепло, поглощенное холодильным агентом, за счет теплообмена в одном или более теплообменниках (54), например, с водой или на установке предварительного охлаждения; пропускают охлажденный холодильный агент по меньшей мере в один фазовый сепаратор (60) для разделения холодильного агента на более летучую и менее летучую фракции; охлаждают более летучую фракцию при теплообмене с холодильным агентом низкого давления объединенной композиции за счет его пропускания через первый по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (64); дополнительно охлаждают более летучую фракцию при теплообмене через второй по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (114); направляют первую часть дополнительно охлажденной более летучей фракции из второго по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (114) к первому дроссельному устройству (118) и направляют эту часть на теплообмен во второй по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (114) в качестве первого холодильного агента низкого давления; направляют оставшуюся другую часть дополнительно охлажденной более летучей фракции из второго по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (114) к второму дроссельному устройству(76) для превращения в оставшийся холодильный агент низкого давления и направляют эту часть на теплообмен с газовым продуктом, который подлежит охлаждению через по меньшей мере один первичный теплообменник (20); дросселируют с помощью третьего дроссельного устройства (102) менее летучую фракцию по меньшей мере из одного фазового сепаратора (60) для превращения во второй холодильный агент низкого давления и направляют эту менее летучую фракцию, объединенную с оставшимся холодильным агентом низкого давления по меньшей мере из одного первичного теплообменника (20) и первым холодильным агентом низкого давления из второго по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (114),-5 016330 при этом второй холодильный агент низкого давления с менее летучей фракцией, первый холодильный агент низкого давления с первой частью более летучей фракции и оставшийся холодильный агент низкого давления с оставшейся другой частью более летучей фракции образуют общее количество объединенной композиции холодильного агента низкого давления, на теплообмен и полное испарение через первый по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (64) и замыкают контур путем направления испарившегося холодильного агента к компрессору (46). 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапе направления газового продукта, который подлежит охлаждению, по меньшей мере через один первичный двухпоточный теплообменник (20) также направляют охлажденный и, по выбору, сжиженный газовый продукт через четвертое дроссельное устройство (24) в резервуар (28) хранения. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапах охлаждения более летучей фракции при теплообмене с указанным холодильным агентом низкого давления за счет ее пропускания через первый по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64) и ее дополнительного охлаждения при теплообмене во втором по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников(114) дополнительно смешивают газ и жидкость во втором по меньшей мере из двух теплообменников(114) с помощью смешивающего устройства (119) на впускном отверстии высокого давления теплообменника (114). 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что с целью достижения лучшего распределения газа и жидкости в первом по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64) их смешивают с помощью смешивающего устройства (121), размещенного на входе в первый вторичный двухпоточный теплообменник (64). 5. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапах охлаждения более летучей фракции при теплообмене с холодильным агентом низкого давления путем пропускания ее через первый по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64) дополнительно разделяют газ и жидкость во втором фазовом сепараторе (153), размещенном после первого вторичного теплообменника (64), перед последующим направлением газовой части более летучей фракции и жидкой части более летучей фракции для повторного смешивания перед дополнительным охлаждением более летучей фракции при теплообмене во втором по меньшей мере из двух двухпоточных вторичных теплообменников (114). 6. Способ по п.1, отличающийся тем, что на этапах охлаждения более летучую фракцию для теплообмена с общим количеством объединенной композиции и холодильным агентом низкого давления пропускают через первый по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64), затем разделяют газ и жидкость во втором фазовом сепараторе (201),размещенном после первого вторичного теплообменника (64), после чего направляют газовую часть более летучей фракции к одному по меньшей мере из двух параллельных двухпоточных теплообменников(200) для сжижения и направляют жидкую часть более летучей фракции ко второму по меньшей мере из двух параллельных двухпоточных теплообменников (114) для переохлаждения, перед чем повторно смешивают раздельные потоки жидкости в смешивающем устройстве (220) и направляют часть дополнительно охлажденной более летучей фракции к первому дроссельному устройству (118) и после него на теплообмен в один по меньшей мере из двух параллельных двухпоточных теплообменников (114) в качестве первого холодильного агента низкого давления,направляют другую часть дополнительно охлажденной более летучей фракции к пятому дроссельному устройству (202) и после него на теплообмен в один по меньшей мере из двух параллельных двухпоточных теплообменников (200) в качестве третьего холодильного агента низкого давления,направляют еще одну часть дополнительно охлажденной более летучей фракции ко второму дроссельному устройству (76) и после него на теплообмен с газовым продуктом, который подлежит охлаждению по меньшей мере через один первичный двухпоточный теплообменник (20),дросселируют менее летучую фракцию по меньшей мере из одного фазового сепаратора (60) для превращения в часть второго холодильного агента низкого давления и направляют эту менее летучую фракцию, смешанную вместе с оставшимся холодильным агентом низкого давления по меньшей мере из одного первичного теплообменника (20) и первым и третьим холодильными агентами низкого давления из вторичных теплообменников (114, 200), на теплообмен в первый по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (64). 7. Способ по п.1, отличающийся тем, что менее летучую фракцию по меньшей мере из одного фазового сепаратора (60) используют в качестве рабочей жидкости в эжекторе (106) и в качестве части общего количества объединенной композиции холодильного агента низкого давления и для увеличения давления или улучшения смешивания потоков менее летучего холодильного агента низкого давления, перед тем как поток вступает в теплообмен в первом из указанных по меньшей мере двух вторичных двухпоточных теплообменников (64). 8. Технологическая установка для охлаждения и, по выбору, сжижения газового продукта, в частности для сжижения природного газа, основанная на замкнутом контуре теплообмена многокомпонентного холодильного агента с газом, который подлежит охлаждению и, по выбору, конденсированию, отличающаяся тем, что содержит-6 016330 по меньшей мере один первичный двухпоточный теплообменник (20), выполненный с возможностью охлаждения газового продукта (10), направляемого к теплообменнику; по меньшей мере один компрессор (46), выполненный с возможностью сжатия холодильного агента низкого давления, направляемого из первого по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64); по меньшей мере один теплообменник (54) для переохлаждения и частичного сжижения сжатого холодильного агента; по меньшей мере один фазовый сепаратор (60), выполненный с возможностью разделения частично сжиженного многокомпонентного холодильного агента на более летучую и на менее летучую фракции; по меньшей мере два вторичных двухпоточных теплообменника (64, 114), причем первый теплообменник (64) выполнен с возможностью охлаждения более летучей фракции из фазового сепаратора (62),при этом второй теплообменник (114) выполнен с возможностью дополнительно охлаждать более летучую фракцию; первое дроссельное устройство (118), выполненное с возможностью снижения давления первой части более летучей фракции для превращения в первый холодильный агент низкого давления, подлежащий теплообмену во втором из указанных по меньшей мере двух вторичных теплообменников; второе дроссельное устройство (76), размещенное для снижения давления оставшейся части более летучей фракции для превращения в холодильный агент низкого давления, подлежащий теплообмену по меньшей мере в одном первичном теплообменнике (20); третье дроссельное устройство (102), выполненное с возможностью снижения давления менее летучей фракции по меньшей мере из одного фазового сепаратора (60) для превращения в часть холодильного агента низкого давления, для смешивания с вторым холодильным агентом низкого давления по меньшей мере из одного первичного теплообменника (20) и первым холодильным агентом низкого давления из второго по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (114), при этом менее летучая фракция, первая часть более летучей фракции и оставшаяся другая часть более летучей фракции образуют общее количество холодильного агента низкого давления, которое направляется на теплообмен через первый по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (64). 9. Технологическая установка по п.8, отличающаяся тем, что по меньшей мере один из теплообменников является противоточным теплообменником. 10. Технологическая установка по п.8, отличающаяся тем, что содержит смешивающее устройство,например статический смеситель (119), между первым и вторым по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64, 114), при этом упомянутое смешивающее устройство (119) размещено для лучшего распределения газа и жидкости во втором из указанных по меньшей мере двух вторичных теплообменников (114). 11. Технологическая установка по п.8, отличающаяся тем, что содержит смешивающее устройство,например статический смеситель (121), между первым и вторым по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64, 114), при этом упомянутое смешивающее устройство (121) размещено для лучшего распределения газа и жидкости в первом из указанных по меньшей мере двух вторичных теплообменников (64). 12. Технологическая установка по п.8, отличающаяся тем, что содержит второй фазовый сепаратор(153) между первым и вторым по меньшей мере из двух вторичных двухпоточных теплообменников (64,114), при этом упомянутый второй фазовый сепаратор (153) выполнен с возможностью разделения газа и жидкости с целью улучшения распределения указанных двух фаз равномерно между параллельными каналами в теплообменнике (114) перед дополнительным охлаждением холодильного агента во втором по меньшей мере из двух вторичных теплообменников (114). 13. Технологическая установка по п.8, отличающаяся тем, что содержит второй фазовый сепаратор(201) после первого (64) из указанных по меньшей мере двух вторичных двухпоточных теплообменников, при этом упомянутый второй фазовый сепаратор (201) выполнен с возможностью разделения и охлаждения газа и жидкости в указанных двух двухпоточных теплообменниках (114, 200) перед их повторным смешиванием и последующим дросселированием жидкости по меньшей мере в трех клапанах (76,118, 202) для превращения в часть указанного холодильного агента низкого давления по меньшей мере в двух вторичных теплообменниках (114, 200) и по меньшей мере одном первичном двухпоточном теплообменнике (20). 14. Технологическая установка по п.8, отличающаяся тем, что содержит эжектор (106), в котором менее летучая фракция из фазового сепаратора (60) используется в качестве рабочего потока с целью увеличения давления или лучшего смешивания других потоков (86, 88) холодильного агента низкого давления перед тем, как смешанный поток войдет в качестве холодильного агента низкого давления в первый из указанных по меньшей мере двух вторичных двухпоточных теплообменников (64).

МПК / Метки

МПК: F25J 1/02

Метки: сжижения, установка, способ, газа, технологическая

Код ссылки

<a href="https://eas.patents.su/11-16330-sposob-i-tehnologicheskaya-ustanovka-dlya-szhizheniya-gaza.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ и технологическая установка для сжижения газа</a>

Похожие патенты