Установка для сжижения природного газа

1 Настоящее изобретение касается установки для сжижения природного газа. Такая установка включает предварительный теплообменник для охлаждения природного газа, имеющий впускное отверстие для природного газа и выпускное отверстие для охлажденного газа, и сжижающий теплообменник, включающий первый теплый отсек со впускным отверстием,подсоединенным к одному выпускному отверстию для охлажденного газа, и с выпускным отверстием сверху на сжижающем теплообменнике для сжиженного природного газа. Кроме того, установка включает предварительный холодильный контур для отвода тепла от природного газа в предварительном теплообменнике и сжижающий (основной) холодильный контур для отвода тепла от природного газа, проходящего через первый теплый отсек основного теплообменника. Такие установки, например, известны из международных публикаций WO 96/33 379 и WO 97/33 131. В последней публикации, кроме того, сообщается, что компрессоры в предварительном холодильном контуре и сжижающем холодильном контуре связаны друг с другом механически. При нормальной работе сжижаемый природный газ предварительно охлаждается в теплом отсеке предварительного теплообменника путем теплообмена с хладагентом, испаряющимся в холодном отсеке. Испарившийся хладагент удаляют из холодного отсека теплообменника. Этот испарившийся хладагент сжижается в предварительном холодильном контуре. С этой целью хладагент подвергают сжатию в компрессоре до высокого давления, а теплота сжатия и теплота парообразования отводятся в конденсатор. Жидкий хладагент подвергают расширению в расширительном устройстве до низкого давления, причем при этом давлении хладагент испаряется в холодном отсеке предварительного теплообменника. После этого охлажденный природный газ еще больше охлаждается, сжижается и доводится до температуры его кипения при атмосферном давлении в первом теплом отсеке сжижающего теплообменника путем теплообмена с хладагентом, испаряющимся в холодном отсеке основного теплообменника. Испарившийся хладагент удаляется из холодного отсека сжижающего теплообменника. Этот испарившийся хладагент сжижается в основном холодильном контуре. С этой целью хладагент подвергается сжатию в компрессоре до высокого давления, а теплота сжатия отводится через ряд теплообменников. Затем хладагент конденсируется и разделяется на легкую газообразную фракцию и тяжелую жидкую фракцию, и эти фракции еще больше охлаждаются в раздельных теплых отсеках сжижающего теплообменника, образуя сжиженную и переохлажденную фракции при высоком давлении. Переохлажденный хладагент подвергается расширению в расширительном 2 устройстве до низкого давления, причем при этом давлении хладагент испаряется в холодном отсеке основного теплообменника. Эту установку обычно называют одинарным cжижителем. Такие установки проектируют таким образом, чтобы максимальное количество сжижаемого газа ограничивалось на практике максимальным количеством энергии, поступающей от турбин, приводящих в движение компрессоры предварительного и основного холодильных контуров. Для того, чтобы сжижать больше природного газа, строят второй сжижитель такого же размера. Установка, состоящая из двух cжижителей, называется сдвоенной. Однако производительность сдвоенной установки для сжижения газа вдвое больше производительности одинарной установки. Поскольку такое большое повышение производительности требуется не всегда, то существует потребность в повышении производительности по сжижению примерно на 40-60%. Повышения производительности примерно на 40-60% можно достичь путем снижения продукции на сдвоенной установке для сжижения газа до требуемого уровня. С другой стороны,эта цель достигается с помощью двух меньших сжижителей, каждый из которых имеет максимальную производительность на уровне 70-80% от большой одинарной установки. Предметом настоящего изобретения является установка для сжижения природного газа,производительность которой на 40-60% выше,чем у большой одинарной установки, причем расходы на постройку будут меньшими, чем расходы на постройку установки из двух меньших сжижителей, каждый из которых имел бы максимальную производительность на уровне 70-80% от большой одинарной установки. С этой целью установка для сжижения природного газа согласно настоящему изобретению включает один предварительный теплообменник для охлаждения природного газа,имеющий впускное отверстие для природного газа и выпускное отверстие для охлажденного газа, распределитель с впускным отверстием,подсоединенным к выпускному отверстию для охлажденного газа, и имеющий, по меньшей мере, два выпускных отверстия, и не менее двух основных теплообменников, каждый из которых включает первый теплый отсек с одним впускным отверстием, подсоединенным к одному выпускному отверстию распределителя, и с выпускным отверстием для сжиженного природного газа, и, кроме того, установка включает предварительный холодильный контур для отвода тепла от природного газа в предварительном теплообменнике и не менее двух основных холодильных контуров для отвода тепла от природного газа, проходящего через первый теплый отсек соответствующего основного теплообменника, причем предварительный холодильный контур также включает, по меньшей мере, 3 два дополнительных контура для отвода тепла от основного хладагента в каждом из основных холодильных контуров. Далее изобретение поясняется описанием конкретного примера его осуществления со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых фиг. 1 изображает схему установки для сжижения газа согласно настоящему изобретению,фиг. 2 - альтернативную схему предварительного холодильного контура, показанного на фиг. 1,фиг. 3 - альтернативную схему воплощения согласно фиг. 2. Обратимся к фиг. 1. Установка для сжижения природного газа согласно настоящему изобретению включает один предварительный теплообменник 2, предварительный холодильный контур 3, распределитель 4, два основных теплообменника 5 и 5' и два основных холодильных контура 9 и 9'. В предварительном теплообменнике 2 для охлаждения природного газа имеется теплая секция в виде трубы 12 с впускным отверстием 13 для природного газа и выпускным отверстием 14 для охлажденного газа. Труба 12 находится внутри холодной секции 15 (в межтрубном пространстве под кожухом) предварительного теплообменника 2. В распределителе 4 имеется впускное отверстие, соединенное трубопроводом 19 с выпускным отверстием 14 для охлажденного газа, и два выпускных отверстия 22 и 23. Каждый из основных сжижающих теплообменников 5 и 5' включает первую теплую секцию 25 или 25' с одним впускным отверстием 26 или 26'. Впускное отверстие 26 первой теплой секции 25 соединено с выпускным отверстием 22 распределителя 4, а впускное отверстие 26' первой теплой секции 25' соединено с выпускным отверстием 23 трубопроводами 27 и 27' соответственно. Каждая из первых теплых секций 25 и 25' имеет выпускное отверстие 28 или 28' сверху на сжижающем теплообменнике 5 или 5' для сжиженного газа. Первая теплая секция 25 или 25' находится внутри холодной секции 29 или 29' сжижающего теплообменника 5 или 5', причем эта холодная секция 29 или 29' имеет выпускное отверстие 30 или 30'. Предварительный холодильный контур 3 включает турбокомпрессор 31 для предварительного хладагента с впускным отверстием 33 и выпускным отверстием 34. Выпускное отверстие 34 соединено трубопроводом 35 с холодильником 36, который может быть воздушным или водяным. Трубопровод 35 соединен через расширительный механизм 38 дроссельного типа с впускным отверстием 39 холодной секции 15 предварительного теплообменника 2. Выпускное отверстие 40 холодной секции 15 соединено возвратным трубопроводом 41 с впу 002617 4 скным отверстием 33 турбокомпрессора 31 для предварительного хладагента. Предварительный холодильный контур 3 не только охлаждает природный газ, но также служит для охлаждения хладагента в основных холодильных контурах 9 и 9'. Для этого предварительный контур 3 включает добавочные контуры 43 и 43'. Каждый из добавочных контуров 43 и 43' включает трубопровод 44 или 44' с расширительным механизмом 45 или 45' дроссельного типа и возвратный трубопровод 46 или 46'. Каждый из сжижающих холодильных контуров 9 и 9' включает газовый турбокомпрессор 50 или 50' для сжижающего хладагента, который имеет впускное отверстие 51 или 51' и выпускное отверстие 52 или 52'. Впускное отверстие 51 или 51' соединено возвратным трубопроводом 53 или 53' с выпускным отверстием 30 или 30' холодной секции 29 или 29' сжижающего теплообменника 5 или 5'. Выпускное отверстие 52 или 52' соединено трубопроводом 54 или 54' с холодильником 56 или 56', который может быть воздушным или водяным, а теплая секция 57 или 57' теплообменника 58 или 58' для хладагента подсоединена к сепаратору 60 или 60'. Каждый из сепараторов 60 и 60' имеет выпускное отверстие 61 или 61' для жидкости на дне и выпускное отверстие 62 или 62' для газа наверху. Кроме того, каждый из сжижающих холодильных контуров 9 и 9' включает первый трубопровод 65 или 65', идущий от выпускного отверстия 61 или 61' до впускного отверстия второй теплой секции 67 или 67', которая доходит до середины сжижающего теплообменника 5 или 5', а также трубопровод 69 или 69', расширительное устройство 70 или 70' и инжекторную насадку 73 или 73'. Каждый из сжижающих холодильных контуров 9 и 9' также включает второй трубопровод 75 или 75', идущий от выпускного отверстия 62 или 62' до впускного отверстия третьей теплой секции 77 или 77', которая доходит до верха сжижающего теплообменника 5 или 5', а также трубопровод 79 или 79', расширительное устройство 80 или 80' и инжекторную насадку 83 или 83'. Каждый из теплообменников 58 и 58' для хладагента включает холодную секцию 85 или 85', которая входит в дополнительный контур 43 или 43'. Желательно, чтобы основные холодильные контуры 9 и 9' были одинаковыми, так же как и основные теплообменники 5 и 5'. При нормальной работе природный газ поступает во впускное отверстие 13 теплой секции 14 предварительного теплообменника 2 по трубопроводу 90. Предварительный хладагент выходит через выпускное отверстие 40 холодной секции 15 предварительного теплообменника 2,подвергается сжатию в турбокомпрессоре 31 для предварительного хладагента до высокого 5 давления, конденсируется в конденсаторе 36 и подвергается расширению в расширительном устройстве 38 до низкого давления. В холодной секции 15 предварительный хладагент после расширения подвергается испарению при низком давлении, и таким образом отводится тепло от природного газа. Охлажденный природный газ выходит из теплой секции 14 и идет в распределитель 4 по трубопроводу 19. По трубопроводам 27 и 27' охлажденный природный газ поступает через впускные отверстия 26 и 26' в первую теплую секцию 25 или 25' основного теплообменника 5 или 5'. В первой теплой секции 25 или 25' природный газ сжижается и переохлаждается. Переохлажденный природный газ выходит по трубопроводам 95 и 96. Желательно, чтобы количество природного газа, проходящего по трубопроводам 27 и 27',было одинаковым. Переохлажденный природный газ подается в особый узел для дальнейшей обработки (не показано) и в танки для хранения сжиженного природного газа (не показано). Основной хладагент выходит через выпускное отверстие 30 или 30' холодной секции 29 или 29' сжижающего теплообменника 5 или 5',подвергается сжатию до высокого давления в газовом турбокомпрессоре 50 или 50' для сжижающего хладагента. Теплота сжатия отводится в холодильник 56 или 56' и еще больше тепла отводится от основного хладагента в теплообменнике 58 или 58' для хладагента, образуя частично конденсированный хладагент. Затем частично конденсированный основной хладагент разделяется в сепараторе 60 или 60' на тяжелую жидкую фракцию и легкую газообразную фракцию, после чего эти фракции еще охлаждаются во второй и третьей теплых секциях 67 или 67' и 77 или 77' соответственно, образуя сжиженные и переохлажденные фракции при высоком давлении. Переохлажденные хладагенты затем подвергаются расширению в расширительных устройствах 70 или 70' и 80 или 80' до низкого давления. При таком давлении хладагент подвергается испарению в теплой секции 29 или 29' сжижающего теплообменника 5 или 5', при этом отводится тепло от природного газа, проходящего через первую теплую секцию 25 или 25'. В описанном выше воплощении предварительным хладагентом предпочтительно является однокомпонентный хладагент типа пропана, или смеси углеводородов, или другой подходящий хладагент, применяемый в компрессионном или абсорбционном холодильном цикле. Основным хладагентом предпочтительно является многокомпонентный хладагент, состоящий из азота,метана, этана, пропана и бутана. Предварительный теплообменник 2 для охлаждения природного газа предпочтительно включает два или несколько теплообменников,соединенных последовательно, при этом предварительный хладагент подвергается испарению 6 на одном или нескольких уровнях давления. Желательно, чтобы теплообменники 58 и 58' для хладагента включали два или несколько теплообменников, соединенных последовательно, при этом предварительный хладагент подвергается испарению на одном или нескольких уровнях давления. Теперь обратимся к фиг. 2, на которой показана альтернативная схема предварительного холодильного контура 3 и дополнительных контуров 43 и 43', представленных на фиг. 1. Предварительный теплообменник 2 для охлаждения природного газа и теплообменники 58 и 58' для хладагента, показанные на фиг. 1, объединены в единый теплообменник 102. Единый теплообменник 102 имеет холодную секцию 115, внутри которого помещается теплая секция 12, через которую при нормальной работе проходит природный газ, и теплые секции 57 и 57', относящиеся к основным холодильным контурам 9 и 9' соответственно. В этом воплощении предварительным хладагентом предпочтительно является многокомпонентный хладагент, состоящий из азота, метана, этана, пропана и бутана. При нормальной работе предварительный хладагент после испарения выходит из холодной секции 115 по трубопроводу 41, подвергается сжатию до высокого давления компрессором 31 для предварительного хладагента, охлаждается в холодильнике 36 и поступает в дополнительную теплую секцию 143, находящуюся внутри холодной секции единого теплообменника 102. В дополнительной теплой секции 143 предварительный хладагент сжижается под действием испаряющегося хладагента. Сжиженный предварительный хладагент выходит из дополнительной теплой секции 143 по трубопроводу 145, снабженному расширительным устройством 146 дроссельного типа, где он подвергается расширению до низкого давления. При этом низком давлении хладагент подается через инжекторную насадку 148 в холодную секцию 115. Обратимся к фиг. 3, на которой показан альтернативный вариант воплощения фиг. 2, в котором компрессор 31 для предварительного хладагента содержит две ступени. Двухступенчатый компрессор 31 подает хладагент при высоком давлении в дополнительную теплую секцию 143' первой ступени единого предварительного теплообменника 102', где часть хладагента подвергается испарению при промежуточном давлении в холодной секции 115'. Остальной хладагент по трубопроводу 150 поступает в дополнительную теплую секцию 143 второй ступени единого предварительного теплообменника 102, где этот хладагент подвергается испарению при низком давлении в холодной секции 115. В теплообменниках первой и второй ступени 102 и 102' природный газ охлаждается,при этом теплые секции 12 сообщаются друг с другом по трубопроводу 151, а сжижающий 7 хладагент каждого из контуров сжижающего хладагента охлаждается в теплых секциях 57 и 57'. Во избежание путаницы трубопроводы, соединяющие эти теплые секции друг с другом, не показаны. Вместо двух ступеней единый предварительный теплообменник может содержать три последовательные ступени. Основные теплообменники 5 и 5' могут быть любой подходящей конструкции, например барабанного или ребристо-плитчатого типа. В том воплощении, что описано на примере фиг. 1, сжижающий теплообменник 5 или 5' имеет вторую и третью теплые секции 67 или 67' и 77 или 77' соответственно. В альтернативном варианте воплощения сжижающий теплообменник имеет только одну теплую секцию, в которой объединены вторая и третья теплые секции. В этом случае частично конденсированный основной хладагент подается прямо в третью теплую секцию 77 или 77' без разделения его на тяжелую жидкую фракцию и легкую газообразную фракцию. Компрессоры 31, 50 и 50' могут быть многоступенчатыми с промежуточным охлаждением, или несколько компрессоров могут быть соединены последовательно с промежуточным охлаждением между двумя компрессорами, или компрессоры могут быть соединены параллельно. Вместо турбин могут применяться электрические моторы для привода компрессоров 31, 50 и 50' в предварительном холодильном контуре 3 и двух основных холодильных контурах 9 и 9'. Предпочтительно турбина (не показано) в предварительном холодильном контуре является паровой турбиной. В этом случае желательно,чтобы пар, приводящий в действие паровую турбину, генерировался за счет тепла, выделяемого при охлаждении выхлопа от газовых турбин (не показано) основного холодильного контура. Настоящее изобретение обеспечивает трансформируемую установку для сжижения природного газа, в которой на первой стадии строится один сжижитель, обладающий 100% производительностью, а на второй стадии можно добавить второй сжижающий теплообменник и второй сжижающий холодильный контур такого же размера, как первые, чтобы довести производительность по сжижению до 140-160%. Предварительный холодильный контур обслуживает два основных холодильных контура. Вследствие этого уровень предварительного охлаждения природного газа можно понизить. Однако преимущество настоящего изобретения заключается в том, что условия предварительного охлаждения и сжижения, к примеру состав хладагента, можно легко приспособить таким образом, чтобы добиться эффективной работы. Более того, в случае, если нужно вывести из 8 работы один из сжижающих контуров, можно адаптировать условия для эффективной работы с одним сжижителем. Таким образом можно повысить производительность по сжижению, не прибегая к добавлению второго предварительного холодильного контура, и при этом происходит значительная экономия средств. Кроме того, расчеты показали, что эффективность сжижения (количество сжиженного газа на единицу работы, произведенной компрессорами) не ухудшается при использовании предварительного холодильного контура, обслуживающего два основных холодильных контура. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Установка для сжижения природного газа, включающая один предварительный теплообменник (2) с впускным отверстием (13) для природного газа и выпускным отверстием (14) для охлажденного газа, распределитель (4) с впускным отверстием (18), сообщенным с выпускным отверстием (14) для охлажденного газа, и имеющий, по меньшей мере, два выпускных отверстия (22, 23), и, по меньшей мере, два основных теплообменника (5, 5'), каждый из которых включает первую теплую секцию (25, 25') с одним впускным отверстием (26, 26'), сообщенным с соответствующим выпускным отверстием(22, 23) распределителя (4), и с выпускным отверстием (28, 28') для сжиженного природного газа, и кроме того, установка включает предварительный холодильный контур (3) для отвода тепла от природного газа в предварительном теплообменнике (2) и, по меньшей мере, два основных холодильных контура (9, 9') для отвода тепла от природного газа, проходящего через первую теплую секцию (25, 25') соответствующего основного теплообменника (5, 5'), причем предварительный холодильный контур (3) также включает, по меньшей мере, два дополнительных контура (43, 43') для отвода тепла от основного хладагента в каждом из основных холодильных контуров (9, 9'). 2. Установка для сжижения природного газа по п.1, отличающаяся тем, что холодильные контуры (3, 9, 9') включают компрессор (31, 50,50') с соответствующим приводом. 3. Установка для сжижения природного газа по п.2, отличающаяся тем, что компрессор(3) имеет привод от паровой турбины. 4. Установка для сжижения природного газа по п.3, отличающаяся тем, что компрессоры(50, 50') в каждом из сжижающих холодильных контуров (9, 9') имеют приводы от газовых турбин, а сами холодильные контуры (9 и 9') выполнены с возможностью выделения тепла при охлаждении выхлопа от газовых турбин, доста 9 точного для генерирования пара, приводящего в действие паровую турбину. 5. Установка для сжижения природного газа по любому из пп.1-4, отличающаяся тем, что 10 распределитель (4) имеет два выпускных отверстия (22, 23), причем установка включает два основных теплообменника (5, 5') и два основных холодильных контура (9, 9').