Способ сжижения газообразного богатого метаном сырья для получения сжиженного природного газа
Номер патента: 7356
Опубликовано: 27.10.2006
Авторы: Сильве Ролан Пьер, Хюпкес Виллем, Винк Корнелис Ян, Лин Пэй Цзюнг
Формула / Реферат
1. Способ сжижения газообразного богатого метаном сырья для получения сжиженного продукта, включающий следующие этапы:
(a) подачу газообразного богатого метаном сырья при повышенном давлении в первую трубу главного теплообменника со стороны его теплого конца, охлаждение, сжижение и дополнительное охлаждение газообразного богатого метаном сырья испаряемым хладагентом для получения сжиженного потока, вывод сжиженного потока из главного теплообменника со стороны его холодного конца и направление сжиженного потока в хранилище сжиженного продукта;
(b) вывод испаренного хладагента из камеры главного теплообменника со стороны его теплого конца;
(c) сжатие по меньшей мере в одном компрессоре испаренного хладагента для получения хладагента высокого давления;
(d) частичную конденсацию хладагента высокого давления и разделение в сепараторе частично сконденсированного хладагента на тяжелую жидкую фракцию и легкую газообразную фракцию;
(e) частичное охлаждение тяжелой фракции хладагента во второй трубе главного теплообменника для получения частично охлажденного потока тяжелого хладагента, введение потока тяжелого хладагента при пониженном давлении в камеру главного теплообменника в его средней точке и обеспечение испарения в камере потока тяжелого хладагента; и
(f) охлаждение, сжижение и дальнейшее охлаждение по меньшей мере части легкой фракции хладагента в третьей трубе главного теплообменника для получения охлажденного потока легкого хладагента, введение потока легкого хладагента при пониженном давлении в камеру главного теплообменника со стороны его холодного конца, испарение потока легкого хладагента в камере,
отличающийся тем, что способ дополнительно включает регулирование состава и количества хладагента, а также управление процессом сжижения с использованием усовершенствованной системы управления на основе модели управления с упреждением для определения совместных операций управления для ряда регулируемых параметров с целью оптимизации по меньшей мере одного из ряда параметров при одновременном управлении по меньшей мере одной из ряда управляемых переменных, при этом ряд регулируемых параметров включает скорость массового расхода тяжелой фракции хладагента, скорость массового расхода легкой фракции хладагента, количество вводимых в хладагент компонентов, количество удаляемого хладагента, производительность компрессора хладагента и скорость массового расхода богатого метаном сырья, ряд управляемых переменных включает разность температур на теплом конце главного теплообменника, переменную, связанную с температурой сжиженного природного газа, состав хладагента, входящего в сепаратор на этапе (d), давление в камере главного теплообменника, давление в сепараторе на этапе (d) и уровень жидкости в сепараторе на этапе (d), а ряд подлежащих оптимизации переменных включает объем производства жидкого продукта.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ряд управляемых переменных дополнительно включает первую разность температур в средней точке.
3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что ряд управляемых переменных дополнительно включает вторую разность температур в средней точке.
4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что ряд управляемых переменных дополнительно включает температуру сжижаемого газа в первой трубе в средней точке.
5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что переменная, относящаяся к температуре сжиженного природного газа, является температурой сжиженного природного газа, выводимого из главного теплообменника.
6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что дополнительно содержит понижение давления сжиженного потока для получения направляемого в хранилище сжиженного продукта и отходящего газа, а переменная, относящаяся к температуре сжиженного природного газа, является количеством отходящего газа.
7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что регулирование количества хладагента осуществляется выпусканием газообразного хладагента.
8. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что регулирование количества хладагента осуществляется отводом жидкого хладагента.
9. Способ по любому из пп.1-8 с содержанием в хладагенте азота и пропана, отличающийся тем, что ряд оптимизируемых переменных дополнительно включает содержание в хладагенте азота и пропана, при этом содержание азота минимизируют, а содержание пропана максимизируют.
10. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что ряд управляемых переменных дополнительно включает мощность, необходимую для привода компрессора (компрессоров) хладагента.
11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что регулируемым параметром производительности компрессора хладагента является скорость компрессора хладагента, угол наклона входных направляющих лопаток компрессора хладагента или их комбинация.
12. Способ по любому из пп.1-10, в котором частичную конденсацию хладагента высокого давления выполняют по меньшей мере в одном теплообменнике посредством косвенного теплообмена со вспомогательным хладагентом, испаряемым при подходящем давлении, и в котором испаренный вспомогательный хладагент сжимают по меньшей мере в одном компрессоре вспомогательного хладагента и конденсируют посредством теплообмена с внешним хладагентом, отличающийся тем, что ряд регулируемых параметров дополнительно включает производительность компрессора (компрессоров) вспомогательного хладагента, а ряд управляемых переменных дополнительно включает мощность, необходимую для привода компрессора (компрессоров) вспомогательного хладагента.
13. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулируемым параметром производительности компрессора вспомогательного хладагента является скорость компрессора вспомогательного хладагента, угол наклона входных направляющих лопаток компрессора вспомогательного хладагента или их комбинация.
Текст
007356 Область техники, к которой относится изобретение Настоящее изобретение относится к способу сжижения газообразного богатого метаном сырья для получения сжиженного продукта. Сжиженный продукт обычно называют сжиженным природным газом. В частности, изобретение относится к управлению процессом сжижения. Уровень техники Процесс сжижения предусматривает следующие этапы:(a) подачу газообразного богатого метаном сырья при повышенном давлении в первую трубу главного теплообменника со стороны его теплого конца, охлаждение, сжижение и дополнительное охлаждение газообразного богатого метаном сырья испаряемым хладагентом для получения сжиженного потока,удаление сжиженного потока из главного теплообменника со стороны его холодного конца и направление сжиженного потока в хранилище сжиженного продукта;(b) удаление испаренного хладагента из камеры главного теплообменника со стороны его теплого конца;(c) сжатие по меньшей мере в одном компрессоре испаренного хладагента для получения хладагента высокого давления;(d) частичную конденсацию хладагента высокого давления и разделение в сепараторе частично конденсированного хладагента на тяжелую жидкую фракцию и легкую газообразную фракцию;(e) дальнейшее охлаждение тяжелой фракции хладагента во второй трубе главного теплообменника для получения охлажденного тяжелого потока хладагента, введение потока тяжелого хладагента при пониженном давлении в камеру главного теплообменника в его промежуточной области и испарение в камере потока тяжелого хладагента; и(f) охлаждение, сжижение и дальнейшее охлаждение, по меньшей мере, части легкой фракции хладагента в третьей трубе главного теплообменника для получения охлажденного потока легкого хладагента, введение потока легкого хладагента при пониженном давлении в камеру главного теплообменника со стороны его холодного конца, испарение потока легкого хладагента в камере. В публикации международной заявки на патент 99/31448 описано управление процессом сжижения. В известном способе усовершенствование системы управления процессом основано на модели прогнозируемого управления и используется для определения совместного управления для ряда регулируемых параметров с тем, чтобы оптимизировать по меньшей мере один из ряда параметров при управлении, по меньшей мере, одной из ряда управляемых переменных. При этом ряд регулируемых параметров включает общую скорость потока тяжелой фракции хладагента, общую скорость потока легкой фракции хладагента и общую скорость потока богатого метаном сырья. Ряд управляемых переменных включает разность температур на теплом конце главного теплообменника и разность температур в центральной области главного теплообменника. Ряд оптимизируемых переменных включает объем производства сжиженного продукта. Известный процесс считался пригодным, поскольку для оптимизации объема производства сжиженного продукта не требовалось регулировать состав смешанного хладагента. Однако отдельное управление составом смешанного хладагента является слишком трудоемким. Раскрытие изобретения Задачей данного изобретения является создание процесса, включающего управление составом смешанного хладагента. Для решения этой задачи процесс сжижения газообразного богатого метаном сырья для получения сжиженного продукта дополнительно содержит регулирование состава и количества хладагента, а также управление процессом сжижения с использованием усовершенствованного управления процессом, основанного на модели управления с упреждением, для определения совместных операций управления для ряда регулируемых параметров с целью оптимизации по меньшей мере одного из ряда параметров при одновременном управлении по меньшей мере одной из ряда управляемых переменных. При этом ряд регулируемых параметров включает скорость массового расхода тяжелой фракции хладагента, скорость массового расхода легкой фракции хладагента, количество вводимых в хладагент компонентов, количество удаляемого хладагента, производительность компрессора хладагента и скорость массового расхода богатого метаном сырья. Ряд управляемых переменных включает разность температур на теплом конце главного теплообменника, переменную, связанную с температурой сжиженного природного газа, состав хладагента, входящего в сепаратор на этапе (d), давление в камере главного теплообменника, давление в сепараторе на этапе (d) и уровень жидкости в сепараторе на этапе (d), а в ряд оптимизируемых переменных входит объем производства сжиженного продукта. В описании и в формуле изобретения термин регулируемые параметры используется для обозначения параметров, которые могут регулироваться в процессе управления, а под термином управляемые переменные понимают переменные, которые должны поддерживаться на определенной величине (установочное значение) или в определенном диапазоне (установочный диапазон). Выражение оптимизация переменной используется для обозначения максимизации или минимизации переменной и для сохранения заранее заданного значения переменной.-1 007356 Модель управления с упреждением или модель, основанная на управлении с упреждением, хорошо известны, например, из Perry's Chemical Engineers' Handbook, 7th Edition, p. 8-25 - 8-27. Основной особенностью модели управления с упреждением является возможность предсказания протекания будущего процесса с использованием модели и доступных измерений управляемых переменных. Системой управления осуществляются расчеты так, чтобы оптимизировать индекс продуктивности, линейно или по квадратичной функции зависящий от прогнозируемых ошибок, и рассчитать последующие операции управления. При каждом измерении расчеты повторяются, а прогнозы обновляются на основе текущих измерений. Подходящей моделью является модель, которая содержит ряд эмпирических, реагирующих на каждый этап моделей, отражающих влияние ответной реакции регулируемых параметров на управляемые переменные. Оптимальная величина оптимизируемого параметра может быть получена за счет отдельного этапа оптимизации, или оптимизируемая переменная может быть включена в индекс продуктивности. Перед применением системы управления на основе прогнозируемой модели необходимо определить влияние пошаговых изменений регулируемых параметров на оптимизируемую переменную и на управляемые переменные. В результате появляется ряд коэффициентов отклика. Эти коэффициенты лежат в основе управления процессом сжижения с использованием прогнозирующей модели. В процессе нормальной работы прогнозируемые значения управляемых переменных регулярно пересчитываются для ряда предстоящих операций управления. Для этих операций рассчитывается индекс продуктивности. Индекс продуктивности включает две составляющие: первую - сумму прогнозируемых ошибок для каждой из предстоящих операций управления; и вторую - сумму изменений регулируемых параметров для каждой из предстоящих операций управления. Для каждой управляемой переменной прогнозируемой ошибкой является разница между прогнозируемой величиной управляемой переменной и ее опорной величиной. Прогнозируемые ошибки умножаются на весовой коэффициент, а изменения регулируемых параметров для каждой операции управления умножаются на коэффициент задержки операции. Упоминаемый здесь индекс продуктивности является линейным. В другом случае составляющие могут быть квадратичными, при этом и индекс продуктивности будет также квадратичным. Кроме того, на регулируемые параметры, их изменение и на управляемые переменные могут распространяться ограничения. Из-за этого появляется отдельный ряд уравнений, которые решаются одновременно с минимизацией индекса продуктивности. Оптимизация может быть достигнута двумя путями: один путь - отдельная оптимизация, не входящая в минимизацию индекса продуктивности, и второй путь - оптимизация вместе с индексом продуктивности. Если оптимизация выполняется отдельно, то оптимизируемые переменные включаются в качестве управляемых переменных в прогнозируемую ошибку для каждой операции управления, и оптимизация дает опорную величину для управляемых переменных. В другом случае оптимизация выполняется в рамках расчета индекса продуктивности, и это дает третью составляющую индекса продуктивности с соответствующим весовым коэффициентом. В этом случае опорные величины управляемых переменных являются заранее определенными постоянными,остающимися без изменений. Индекс продуктивности минимизируется исходя из имеющихся ограничений для определения величин регулируемых параметров для предстоящих операций управления. Однако осуществляется выполнение только последующей операции. Затем вновь производится расчет индекса продуктивности для предстоящих операций управления. Модели с коэффициентами отклика и уравнения, необходимые при управлении на основе прогнозируемой модели, являются частью компьютерной программы, которая подготовлена для управления процессом сжижения. Компьютер, загруженный программой, способной осуществлять управление на основе прогнозируемой модели, называется усовершенствованной системой управления производственным процессом. Так как компьютерные программы имеются в продаже, то их более подробное описание не приводится. Настоящее изобретение в большей степени относится к выбору переменных. Осуществление изобретения Ниже приводится подробное описание изобретения на примере выполнения со ссылками на прилагаемый чертеж, схематично иллюстрирующий схему прохождения потока в установке для получения сжиженного природного газа. Установка для получения сжиженного природного газа содержит главный теплообменник 1 с теплым концом 3, холодным концом 5 и промежуточной областью 7. Стенка 8 главного теплообменника образует камеру 10. В камере 10 расположены первая труба 13, проходящая от теплого конца 3 до холодного конца 5, вторая труба 15, проходящая от теплого конца 3 до промежуточной области 7, и третья труба 16, проходящая от теплого конца 3 до холодного конца 5. При нормальной работе газообразное богатое метаном сырье подается под повышенным давлением(в сжатом виде) через питающий канал 20 со стороны теплого конца 3 в первую трубу 13 главного теплообменника 1. При прохождении через первую трубу 13 сырье охлаждается, сжижается и вновь охлаж-2 007356 дается благодаря испаряемому в камере 10 хладагенту. Полученный сжиженный поток выводится через канал 23 со стороны холодного конца 5 главного теплообменника 1. Далее сжиженный поток направляется в хранилище (не показано), где остается в виде сжиженного продукта при атмосферном давлении. Испаренный хладагент выводится из камеры 10 главного теплообменника со стороны его теплого конца через канал 25. Для регулирования состава остатка хладагента в канал 25 через патрубки 26 а, 26b,26 с и 26d добавляются такие компоненты, как азот, метан, этан и пропан. Патрубки 26 а-26d снабжены соответствующими клапанами (не показаны), управляющими поступлением компонентов в канал 25. Хладагент называют также смешанным хладагентом или многокомпонентным хладагентом. В компрессоре 30 испаренный хладагент сжимается для получения хладагента высокого давления,который выводится через канал 32. Компрессор 30 приводится в действие соответствующим двигателем,например газовой турбиной 35, снабженной пусковым двигателем (не показан). Хладагент высокого давления в канале 32 охлаждается в воздушном охладителе 42 и частично конденсируется в теплообменнике 43 для получения частично конденсированного хладагента. Вместо воздушного охладителя 42 можно использовать теплообменник, в котором хладагент охлаждается морской водой. Хладагент высокого давления поступает через входное устройство 46 в сепаратор в виде сепараторного бака 45. В сепараторном баке 45 частично сконденсированный хладагент разделяется на тяжелую жидкую фракцию и легкую газообразную фракцию. Тяжелая жидкая фракция хладагента выводится со дна сепараторного бака 45 через канал 47, легкая газообразная фракция - через канал 48. Для регулирования количества хладагента тяжелая фракция может дренироваться через канал 49,имеющий клапан 49 а. Тяжелая фракция вновь охлаждается во второй трубе 15 главного теплообменника 1 для получения частично охлажденного потока тяжелой фракции хладагента. Этот частично охлажденный поток тяжелой фракции выводится из главного теплообменника 1 через канал 50 и расширяется в устройстве расширения, выполненном в виде расширительного клапана 51. При пониженном давлении он подается через канал 52 и форсунку 53 в промежуточную область 7 камеры 10 главного теплообменника 1. В камере 10 при сниженном давлении поток тяжелого хладагента испаряется, охлаждая тем самым содержимое в трубах 13, 15 и 16. Для регулирования количества хладагента легкий газообразный хладагент может выводиться через канал 54, снабженный клапаном 54 а. Выведенная через канал 48 легкая фракция проходит к третьей трубе 16 главного теплообменника 1,где охлаждается, сжижается и вновь охлаждается до получения охлажденного потока легкого хладагента. Охлажденный поток легкого хладагента выводится через канал 57 главного теплообменника 1 и расширяется в устройстве расширения, выполненном в виде расширительного клапана 58. Под меньшим давлением он подается через канал 59 и форсунку 60 в камеру 10 главного теплообменника 1 со стороны его холодного конца 5. В камере 10 при сниженном давлении поток легкого хладагента испаряется, охлаждая тем самым содержимое труб 13, 15 и 16. Получающийся сжиженный поток выводится из главного теплообменника 1 через канал 23 и проходит в котел мгновенного испарения 70. Канал 23 снабжен устройством расширения в виде расширительного клапана 71 для обеспечения понижения давления, получающийся сжиженный поток подается через входное устройство 72 в котел 70 мгновенного испарения при сниженном давлении. Сниженное давление, по существу, соответствует атмосферному. Расширительный клапан 71 регулирует также общий поток. Отходящий газ из верхней части котла 70 мгновенного испарения выводится через канал 75. Для получения сжатого топливного газа отходящий газ может быть сжат в концевом переходном компрессоре (не показан). Сжиженный продукт выводится из нижней части котла 70 мгновенного испарения через канал 80 и направляется в хранилище (не показано). Первой задачей изобретения является увеличение выхода сжиженного продукта, проходящего через канал 80, управляемого расширительным клапаном 71. Для решения этой задачи процесс сжижения управляется с использованием усовершенствованного метода управления на основе модели прогнозируемого управления для определения совместных управляющих операций с регулируемыми параметрами для оптимизации выхода сжиженного продукта, при одновременном управлении по меньшей мере одной из ряда управляемых переменных. Ряд регулируемых параметров включает общую скорость потока тяжелой фракции, проходящего через канал 52 (расширительный клапан 51), общую скорость потока легкой фракции, проходящего через канал 57 (расширительный клапан 58), количество добавляемых компонентов хладагента (поступающих через патрубки 26 а-26d), количество хладагента, вытекающего через канал 49 и/или удаляемого через канал 54, производительность компрессора 30 и скорость прохождения богатого метаном сырья через канал 20 (который управляется расширительным клапаном 71). В другом варианте выполнения выше по потоку расширительного клапана 71 в канале 23 может быть установлена расширительная турбина (не показана).-3 007356 Такие регулируемые параметры, как скорость массового расхода тяжелой фракции, скорость массового расхода легкой фракции, количество добавляемых компонентов хладагента и количество хладагента, вытекающего через канал 49 и/или удаляемого через канал 5, являются регулируемыми параметрами,относящимися к составу или количеству смешанного хладагента. Производительность компрессора 30 (или компрессоров, если их используется несколько для сжатия хладагента) зависит от скорости его вращения и от угла наклона входных направляющих лопаток компрессора или и того, и другого: и скорости работы компрессора, и угла наклона входных направляющих лопаток. Таким образом, регулируемым параметром производительности компрессора являются его рабочая скорость, угол наклона его входных направляющих лопаток или и то, и другое. Ряд управляемых переменных включает разность температур на теплом конце 3 главного теплообменника 1 (это разность между температурой потока в канале 20 и в канале 25). Предпочтительно, выполняется управление дополнительной переменной, которая является разностью температур в средней точке 7, представляющей собой разницу температуры сжижаемого газа в первой трубе 13 в средней точке 7 и температуры жидкости в камере 10 главного теплообменника 1 в средней точке 7. Далее в описании и формуле изобретения эта разность температур будет называться первой разностью температур в средней точке. Предпочтительно, выполняется управление дополнительной переменной, которая является разностью температур в средней точке 7, представляющей собой разницу температуры сжижаемого газа в первой трубе 13 в средней точке 7 и температуры потока тяжелого смешанного хладагента в канале 52. Далее в описании и в формуле изобретения эта разность температур будет называться второй разностью температур в средней точке. Следующей управляемой переменной, предпочтительно, является температура сжижаемого газа в первой трубе 13 в средней точке 7. Ряд управляемых переменных включает также температуру, связанную с температурой сжижаемого природного газа. Кроме того, ряд управляемых переменных включает также состав хладагента, поступающего в сепараторный бак 45, давление в камере 10 главного теплообменника 1, давление в сепараторном баке 45, а также уровень 81 жидкости в этом баке 45. Ряд оптимизируемых переменных включает объем производства сжиженного продукта. Управление главным теплообменником 1 в соответствии с прогнозируемой моделью осуществляется посредством выбора указанных переменных. Установлено, что можно обеспечить эффективное и оперативное управление, позволяющее оптимизировать выход сжиженного продукта, посредством управления температурой в главном теплообменнике и управления составом и компонентами хладагента и его количеством. Весьма существенным для данного изобретения является понимание того, что состав и компоненты смешанного хладагента не могут быть отделены от оптимизации выхода сжиженного продукта. Одной из управляемых переменных является разность температур на теплом конце 3 главного теплообменника 1, являющейся разностью между температурой жидкости в канале 20 и температурой в канале 25. Температура теплого конца 3 удерживается в заданном диапазоне (между минимальным и максимальным значениями) так, чтобы не допустить выхода жидкого хладагента из камеры 10 через канал 25. Предпочтительно, выполняется управление дополнительной переменной, которая является разностью температур в средней точке 7, представляющей разность между температурой сжижаемого газа в первой трубе 13 в средней точке 7 и температурой жидкости в камере 10 в средней точке 7 главного теплообменника 1. Эта разность температур в средней точке должна оставаться в заданном диапазоне. Предпочтительно, выполняется управление дополнительной переменной, которая является разностью температур в средней точке 7, представляющей разность между температурой сжижаемого газа в первом трубопроводе 13 в средней точке 7 и температурой потока тяжелого смешанного хладагента, поступающего через канал 53. Эта вторая разность температур в средней точке должна оставаться в заданном диапазоне. Другой управляемой переменной предпочтительно является температура сжижаемого газа в первой трубе 13 в средней точке 7, и эта температура должна поддерживаться ниже заданной величины. Одной из управляемых переменных является переменная, относящаяся к температуре сжиженного природного газа. Предпочтительно, это температура сжиженного природного газа, удаляемого из главного теплообменника 1 через канал 23. В качестве альтернативного решения переменной, относящейся к температуре сжиженного природного газа, может быть количество отходящих газов, проходящих через канал 75. Ряд оптимизируемых переменных дополнительно к объему производства сжиженного продукта включает содержание азота в хладагенте и содержание пропана в хладагенте, при этом содержание азота минимизируется, а содержание пропана максимизируется. Как упоминалось во вступлении, оптимизацию можно осуществлять отдельно или при расчете индекса производительности. В последнем случае оптимизируемые переменные берутся с заданным весовым коэффициентом. Оба способа позволяют оператору либо максимизировать производительность, либо оптимизировать состав хладагента.-4 007356 Другой задачей данного изобретения является максимизация использования компрессоров. Для этого обеспечивается максимальная производительность сжиженного природного газа до достижения компрессором предела своих возможностей. Поэтому ряд управляемых переменных включает мощность,необходимую для привода компрессора 30, или компрессоров, если их используется более одного. Дополнительно к этому, к управляемым переменным относится также скорость компрессора хладагента в том смысле, что она может быть уменьшена до достижения разностью температур на теплом конце 3 максимального предельного значения. В теплообменнике 43 хладагент высокого давления частично конденсируется. В этом теплообменнике и некоторых других (не показаны) тепло удаляется в результате косвенного теплообмена с вспомогательным хладагентом (например, пропаном), испаряемым при соответствующем давлении в камере теплообменника (теплообменников). Испаренный вспомогательный хладагент сжимается во вспомогательном компрессоре 90 с соответствующим приводом, например газовой турбиной 92. Вспомогательный хладагент конденсируется в воздушном охладителе 95, где воздух является внешним охладителем. Сконденсированный вспомогательный хладагент при повышенном давлении пропускается через канал 97, снабженный расширительным клапаном 99, в камеру теплообменника 43. Сконденсированный вспомогательный хладагент испаряется при низком давлении, а испаренный вспомогательный хладагент возвращается через канал 100 во вспомогательный компрессор 92. Понятно, что можно использовать более одного вспомогательного компрессора, соединенных как параллельно, так и последовательно. Воздушный охладитель 95 может быть заменен на теплообменник, в котором хладагент охлаждается морской водой. Для интеграции управления циклом вспомогательного хладагента с управлением главным теплообменником 1 ряд регулируемых переменных дополнительно включает переменную 90 производительности компрессора (или компрессоров) вспомогательного хладагента, а ряд управляемых переменных дополнительно включает переменную мощности для привода компрессора 90 или компрессоров дополнительного хладагента. В этом случае может быть максимизировано использование компрессора пропана. Производительность дополнительного компрессора 90 (или компрессоров, если используется более одного компрессора дополнительного хладагента) определяется скоростью компрессора вспомогательного хладагента, углом наклона входных направляющих лопаток компрессора дополнительного хладагента или же комбинацией скорости компрессора хладагента и угла наклона входных направляющих лопаток. Таким образом, регулируемый параметр производительности компрессора дополнительного хладагента представляет собой скорость компрессора дополнительного хладагента, угол наклона входных направляющих лопаток компрессора дополнительного хладагента или комбинацию скорости компрессора дополнительного хладагента и угла наклона входных направляющих лопаток. В варианте выполнения, показанном на фигуре, тяжелый хладагент может выводиться через канал 49, снабженный клапаном 49 а, а легкий газообразный хладагент может отводиться через канал 54, снабженный клапаном 54 а. В качестве альтернативного решения, смешанный хладагент можно выводить через канал 32, расположенный ниже по потоку от компрессора 30 хладагента. Таким образом, можно также регулировать количество хладагента. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Способ сжижения газообразного богатого метаном сырья для получения сжиженного продукта,включающий следующие этапы:(a) подачу газообразного богатого метаном сырья при повышенном давлении в первую трубу главного теплообменника со стороны его теплого конца, охлаждение, сжижение и дополнительное охлаждение газообразного богатого метаном сырья испаряемым хладагентом для получения сжиженного потока,вывод сжиженного потока из главного теплообменника со стороны его холодного конца и направление сжиженного потока в хранилище сжиженного продукта;(b) вывод испаренного хладагента из камеры главного теплообменника со стороны его теплого конца;(c) сжатие по меньшей мере в одном компрессоре испаренного хладагента для получения хладагента высокого давления;(d) частичную конденсацию хладагента высокого давления и разделение в сепараторе частично сконденсированного хладагента на тяжелую жидкую фракцию и легкую газообразную фракцию;(e) частичное охлаждение тяжелой фракции хладагента во второй трубе главного теплообменника для получения частично охлажденного потока тяжелого хладагента, введение потока тяжелого хладагента при пониженном давлении в камеру главного теплообменника в его средней точке и обеспечение испарения в камере потока тяжелого хладагента; и(f) охлаждение, сжижение и дальнейшее охлаждение по меньшей мере части легкой фракции хладагента в третьей трубе главного теплообменника для получения охлажденного потока легкого хладагента,-5 007356 введение потока легкого хладагента при пониженном давлении в камеру главного теплообменника со стороны его холодного конца, испарение потока легкого хладагента в камере,отличающийся тем, что способ дополнительно включает регулирование состава и количества хладагента, а также управление процессом сжижения с использованием усовершенствованной системы управления на основе модели управления с упреждением для определения совместных операций управления для ряда регулируемых параметров с целью оптимизации по меньшей мере одного из ряда параметров при одновременном управлении по меньшей мере одной из ряда управляемых переменных, при этом ряд регулируемых параметров включает скорость массового расхода тяжелой фракции хладагента,скорость массового расхода легкой фракции хладагента, количество вводимых в хладагент компонентов,количество удаляемого хладагента, производительность компрессора хладагента и скорость массового расхода богатого метаном сырья, ряд управляемых переменных включает разность температур на теплом конце главного теплообменника, переменную, связанную с температурой сжиженного природного газа,состав хладагента, входящего в сепаратор на этапе (d), давление в камере главного теплообменника, давление в сепараторе на этапе (d) и уровень жидкости в сепараторе на этапе (d), а ряд подлежащих оптимизации переменных включает объем производства жидкого продукта. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что ряд управляемых переменных дополнительно включает первую разность температур в средней точке. 3. Способ по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что ряд управляемых переменных дополнительно включает вторую разность температур в средней точке. 4. Способ по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что ряд управляемых переменных дополнительно включает температуру сжижаемого газа в первой трубе в средней точке. 5. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что переменная, относящаяся к температуре сжиженного природного газа, является температурой сжиженного природного газа, выводимого из главного теплообменника. 6. Способ по любому из пп.1-4, отличающийся тем, что дополнительно содержит понижение давления сжиженного потока для получения направляемого в хранилище сжиженного продукта и отходящего газа, а переменная, относящаяся к температуре сжиженного природного газа, является количеством отходящего газа. 7. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что регулирование количества хладагента осуществляется выпусканием газообразного хладагента. 8. Способ по любому из пп.1-6, отличающийся тем, что регулирование количества хладагента осуществляется отводом жидкого хладагента. 9. Способ по любому из пп.1-8 с содержанием в хладагенте азота и пропана, отличающийся тем, что ряд оптимизируемых переменных дополнительно включает содержание в хладагенте азота и пропана,при этом содержание азота минимизируют, а содержание пропана максимизируют. 10. Способ по любому из пп.1-8, отличающийся тем, что ряд управляемых переменных дополнительно включает мощность, необходимую для привода компрессора (компрессоров) хладагента. 11. Способ по любому из пп.1-10, отличающийся тем, что регулируемым параметром производительности компрессора хладагента является скорость компрессора хладагента, угол наклона входных направляющих лопаток компрессора хладагента или их комбинация. 12. Способ по любому из пп.1-10, в котором частичную конденсацию хладагента высокого давления выполняют по меньшей мере в одном теплообменнике посредством косвенного теплообмена со вспомогательным хладагентом, испаряемым при подходящем давлении, и в котором испаренный вспомогательный хладагент сжимают по меньшей мере в одном компрессоре вспомогательного хладагента и конденсируют посредством теплообмена с внешним хладагентом, отличающийся тем, что ряд регулируемых параметров дополнительно включает производительность компрессора (компрессоров) вспомогательного хладагента, а ряд управляемых переменных дополнительно включает мощность, необходимую для привода компрессора (компрессоров) вспомогательного хладагента. 13. Способ по п.1, отличающийся тем, что регулируемым параметром производительности компрессора вспомогательного хладагента является скорость компрессора вспомогательного хладагента,угол наклона входных направляющих лопаток компрессора вспомогательного хладагента или их комбинация.
МПК / Метки
МПК: F25J 1/02
Метки: получения, газа, сжиженного, сжижения, способ, метаном, богатого, природного, газообразного, сырья
Код ссылки
<a href="https://eas.patents.su/8-7356-sposob-szhizheniya-gazoobraznogo-bogatogo-metanom-syrya-dlya-polucheniya-szhizhennogo-prirodnogo-gaza.html" rel="bookmark" title="База патентов Евразийского Союза">Способ сжижения газообразного богатого метаном сырья для получения сжиженного природного газа</a>