RU2258186C1 - Способ сжижения природного газа - Google Patents
Способ сжижения природного газа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2258186C1 RU2258186C1 RU2004100725/06A RU2004100725A RU2258186C1 RU 2258186 C1 RU2258186 C1 RU 2258186C1 RU 2004100725/06 A RU2004100725/06 A RU 2004100725/06A RU 2004100725 A RU2004100725 A RU 2004100725A RU 2258186 C1 RU2258186 C1 RU 2258186C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- mpa
- heat exchanger
- inlet
- pressure
- Prior art date
Links
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims abstract description 51
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 28
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims abstract description 24
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims abstract description 119
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 25
- 238000000926 separation method Methods 0.000 claims description 7
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 5
- 238000003860 storage Methods 0.000 abstract description 5
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 abstract 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000005057 refrigeration Methods 0.000 description 10
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 9
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 9
- 239000012071 phase Substances 0.000 description 6
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 5
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 4
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 4
- 238000009835 boiling Methods 0.000 description 3
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 3
- 230000005611 electricity Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000003507 refrigerant Substances 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 1
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 1
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N carbon dioxide Natural products O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 1
- ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N dimethylmethane Natural products CCC ATUOYWHBWRKTHZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000007710 freezing Methods 0.000 description 1
- 230000008014 freezing Effects 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N nitrogen Substances N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000008092 positive effect Effects 0.000 description 1
- 238000004321 preservation Methods 0.000 description 1
- 239000001294 propane Substances 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 230000008961 swelling Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0228—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes
- F25J1/0232—Coupling of the liquefaction unit to other units or processes, so-called integrated processes integration within a pressure letdown station of a high pressure pipeline system
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/0002—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the fluid to be liquefied
- F25J1/0022—Hydrocarbons, e.g. natural gas
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
- F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
- F25J1/004—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by flash gas recovery
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/003—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production
- F25J1/0032—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration"
- F25J1/0042—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures characterised by the kind of cold generation within the liquefaction unit for compensating heat leaks and liquid production using the feed stream itself or separated fractions from it, i.e. "internal refrigeration" by liquid expansion with extraction of work
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0201—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0201—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration
- F25J1/0202—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process using only internal refrigeration means, i.e. without external refrigeration in a quasi-closed internal refrigeration loop
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
- F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
- F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
- F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J1/00—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures
- F25J1/02—Processes or apparatus for liquefying or solidifying gases or gaseous mixtures requiring the use of refrigeration, e.g. of helium or hydrogen ; Details and kind of the refrigeration system used; Integration with other units or processes; Controlling aspects of the process
- F25J1/0243—Start-up or control of the process; Details of the apparatus used; Details of the refrigerant compression system used
- F25J1/0257—Construction and layout of liquefaction equipments, e.g. valves, machines
- F25J1/0262—Details of the cold heat exchange system
- F25J1/0264—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams
- F25J1/0265—Arrangement of heat exchanger cores in parallel with different functions, e.g. different cooling streams comprising cores associated exclusively with the cooling of a refrigerant stream, e.g. for auto-refrigeration or economizer
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2205/00—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means
- F25J2205/10—Processes or apparatus using other separation and/or other processing means using combined expansion and separation, e.g. in a vortex tube, "Ranque tube" or a "cyclonic fluid separator", i.e. combination of an isentropic nozzle and a cyclonic separator; Centrifugal separation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2210/00—Processes characterised by the type or other details of the feed stream
- F25J2210/06—Splitting of the feed stream, e.g. for treating or cooling in different ways
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
- F25J2240/40—Expansion without extracting work, i.e. isenthalpic throttling, e.g. JT valve, regulating valve or venturi, or isentropic nozzle, e.g. Laval
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
- F25J—LIQUEFACTION, SOLIDIFICATION OR SEPARATION OF GASES OR GASEOUS OR LIQUEFIED GASEOUS MIXTURES BY PRESSURE AND COLD TREATMENT OR BY BRINGING THEM INTO THE SUPERCRITICAL STATE
- F25J2240/00—Processes or apparatus involving steps for expanding of process streams
- F25J2240/60—Expansion by ejector or injector, e.g. "Gasstrahlpumpe", "venturi mixing", "jet pumps"
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Thermal Sciences (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Изобретение относится к криогенной технике, а именно к технологии сжижения природного газа, в частности, для автогазонаполнительных компрессорных станций. В способе сжижения природный газ из магистрали среднего давления (р
1,6 МПа) сжимается в компрессоре высокого давления до давления р25 МПа, затем последовательно охлаждается в первом и втором рекуперативных теплообменниках, дросселируется и поступает в технологическое хранилище, где осуществляется разделение газа на жидкую и газовую фазы. Последняя возвращается в цикл сжижения на вход компрессора через второй и первый теплообменники. В первом теплообменнике газ высокого давления (р25 МПа) дополнительно охлаждается за счет использования холодного потока из контура предварительного охлаждения, в котором в качестве источника дополнительной холодопроизводительности используется не менее чем один каскад. Каскад состоит из рекуперативного теплообменника и вихревых труб, работающих на газе высокого давления (р7,5 МПа), поступающем с входа газораспределительной станции. При этом "холодный" поток первой вихревой трубы подается в линию среднего давления теплообменника контура предварительного охлаждения. Охладившийся в нем газ высокого давления (р7,5 МПа) подается на вход второй вихревой трубы, ее "холодный" поток смешивается с обратным потоком не сжиженного в цикле газа с выхода второго теплообменника и направляется на вход линии среднего давления (р1,6 МПа) первого теплообменника, в котором прямой поток газа высокого давления (р25 МПа) охлаждается до температуры Т<245К и уже затем поступает во второй и последующие рекуперативные теплообменники. "Горячие" потоки вихревых труб объединяются и направляются в выходную магистраль газораспределительной станции. Использование изобретения позволит повысить надежность и экономичность процесса сжижения. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.
Description
Настоящее изобретение относится к криогенной технике, а именно к технологии сжижения природного газа.
Известен способ сжижения природного газа, заключающийся в том, что природный газ из магистрали среднего давления сжимают в компрессоре высокого давления, затем последовательно охлаждают в двух противоточных рекуперативных теплообменниках, осуществляют разделение метана на жидкую и газовую фазы, причем последнюю возвращают в цикл ожижения, при этом после второго теплообменника осуществляют расширение газа в дроссельном устройстве /1/.
Недостатком указанного способа являются сравнительно низкие эффективность и экономичность процесса.
Большинства перечисленных недостатков лишен способ сжижения природного газа, преимущественно для автогазонаполнительных компрессорных станций, при котором газ из магистрали среднего давления сжимается в компрессоре высокого давления, затем последовательно охлаждается в первом и втором рекуперативных теплообменниках, дросселируется и разделяется на жидкую и газовую фазы, причем последняя возвращается в цикл сжижения на вход компрессора через второй и первый теплообменники, после первого теплообменника сжатый газ дополнительно охлаждается за счет использования контура предварительного охлаждения на базе фреонового рефрижераторного цикла, а после второго теплообменника и первой стадии разделения осуществляется расширение газа в эжекторе /2/ - прототип.
Главным достоинством такого технического решения является повышение эффективности процесса за счет увеличения коэффициента сжижения. Теплоемкость газа заметно увеличивается с ростом давления, поэтому с учетом более резкого хода изоэнтальп в области высоких давлений даже небольшое снижение температуры газа в этом случае приводит к заметному росту доли жидкости, образующейся в дроссельном цикле.
Основным недостатком данного способа является необходимость в дополнительном достаточно сложном оборудовании, каким являются холодильная фреоновая машина и теплообменник-испаритель, где происходит охлаждение сжатого газа, а также дополнительный расход энергии на сжатие фреона в компрессорах холодильной машины, что приводит к повышению эксплуатационных расходов на производство сжиженного природного газа.
Цель предлагаемого изобретения - повышение надежности и экономичности процесса сжижения природного газа в области высоких значений его входного давления.
Данная цель достигается тем, что обеспечиваются условия для эффективного охлаждения в контуре предварительного охлаждения потока природного газа высокого давления (р
25 МПа), подаваемого на сжижение, без использования дополнительных энергоресурсов.
Технологически это решается следующим образом. В контуре предварительного охлаждения сжатого газа в качестве источника дополнительной холодопроизводительности используется не менее чем один каскад, состоящий из рекуперативного теплообменника и двух вихревых труб, работающих на сжатом газе высокого давления (р7,5 МПа), поступающем с входа газораспределительной станции.
При этом "холодный" поток первой вихревой трубы подается в линию среднего (р1,6 МПа) давления теплообменника контура предварительного охлаждения. Сжатый газ высокого давления (р7,5 МПа), охладившийся в теплообменнике контура предварительного охлаждения, поступает на вход второй вихревой трубы, причем ее "холодный" поток смешивается с газом среднего давления с выхода второго теплообменника (обратный поток несжиженного газа) и подается на вход линии среднего давления первого теплообменника, в котором прямой поток газа высокого давления (р25 МПа) охлаждается до температуры Т< 245 К, и уже затем поступает во второй и последующие рекуперативные теплообменники. "Горячие" потоки вихревых труб объединяются и направляются в выходную магистраль газораспределительной станции.
Принципиальная технологическая схема установки для реализации предложенного способа представлена на фиг. 1. Схемы вариантов установок представлены на фиг.2-4.
Природный газ среднего давления с выхода газораспределительной станции 1 сжимается в компрессорах высокого давления (р25 МПа) автогазонаполнительной компрессорной станции 2 и поступает на вход первого теплообменника 3, где охлаждается до температуры не выше 245 К в процессе рекуперативного теплообмена с обратным потоком газа среднего давления, образованного "холодным" потоком с выхода второй вихревой трубы 4 и потоком несжиженного газа из второго теплообменника 5.
Далее газ высокого давления (р25 МПа) поступает на вход второго теплообменника 5. В нем за счет рекуперативного теплообмена с газовой фазой, поступающей из устройства сепарации и хранения сжиженного природного газа 6, газ высокого давления (р25 МПа) дополнительно охлаждается и поступает на вход редуцирующего устройства 7, где подвергается расширению до давления 0,1...1,6 МПа. Образующаяся жидкая фаза отделяется в устройстве для сепарации и хранения сжиженного природного газа 6, а газовая фаза возвращается в цикл сжижения на вход линии среднего давления второго теплообменника 5.
Сжатый газ высокого давления (р7,5 МПа) с входа газораспределительной станции 1 разделяется на два потока: один поступает на вход первой вихревой трубы 8, а второй - на вход теплообменника 9 контура предварительного охлаждения. Здесь он охлаждается за счет рекуперативного теплообмена с "холодным" потоком первой вихревой трубы 8, подающимся в линию среднего давления теплообменника 9. Охлажденный газ высокого давления (р7,5 МПа) далее поступает на вход второй вихревой трубы 4. "Горячие" потоки первой 8 и второй 4 вихревых труб объединяются и направляются в выходную магистраль газораспределительной станции. "Холодный" поток второй вихревой трубы 4 смешивается с газом среднего давления с выхода второго теплообменника 5 (обратный поток несжиженного газа) и подается на вход линии среднего давления первого теплообменника 3 для охлаждения газа высокого давления (р25 МПа), подающегося на сжижение. После прохождения первого теплообменника газ среднего давления смешивается с "горячими" потоками первой и второй вихревых труб и направляется в выходную магистраль газораспределительной станции.
Предложенное техническое решение позволяет отказаться от сложного и дорогостоящего оборудования, каким является фреоновая холодильная машина и теплообменник-испаритель, и тем самым исключить дополнительный расход энергии на сжатие фреона в компрессорах холодильной машины.
Вихревые трубы просты в изготовлении, не имеют движущихся частей, не требуют для своей работы дополнительных источников энергии, поэтому повышается надежность всего процесса сжижения природного газа.
Исходя из эксергетического анализа предложенного технического решения, процесс сжижения целесообразно вести таким образом, чтобы температура обратного потока не сжиженного в цикле газа с выхода второго теплообменника совпадала бы с температурой "холодного" потока вихревой трубы, последней по ходу сжатого газа с входа газораспределительной станции. На практике достаточно, чтобы расхождение между указанными температурами не превышало бы 10 К. Дальнейшее его увеличение приводит к заметному снижению эффективности процесса сжижения.
В реальной фреоновой холодильной машине температура кипения фреона ограничена величиной ~223 К. При использовании же в контуре предварительного охлаждения каскадов из вихревых труб и рекуперативных теплообменников можно понижать температуру газового потока на входе в линию низкого давления первого теплообменника до величин 173...183 К и ниже путем добавления дополнительных каскадов, что позволит существенно увеличить коэффициент сжижения и, соответственно, снизить удельные энергозатраты на производство сжиженного природного газа.
На фиг.2 представлен вариант предлагаемого способа сжижения с дополнительным каскадом, состоящим из вихревой трубы и теплообменника.
Природный газ среднего давления с выхода газораспределительной станции 1 сжимается в компрессорах автогазонаполнительной компрессорной станции 2 до давления 25 МПа и поступает на вход первого теплообменника 3, где охлаждается до температуры не выше 245 К в процессе рекуперативного теплообмена с обратным потоком газа среднего давления, образованного "холодным" потоком с выхода второй вихревой трубы 4 и потоком несжиженного газа из второго теплообменника 5.
Далее газ высокого давления (р25 МПа) поступает на вход второго теплообменника 5. В нем за счет рекуперативного теплообмена с газовой фазой, поступающей из устройства сепарации и хранения сжиженного природного газа 6, газ высокого давления (р25 МПа) дополнительно охлаждается и поступает на вход редуцирующего устройства 7, где подвергается расширению до давления 0,1...1,6 МПа. Образующаяся жидкая фаза отделяется в устройстве для сепарации и хранения сжиженного природного газа 6, а газовая фаза возвращается в цикл сжижения на вход линии среднего давления второго теплообменника 5.
Сжатый газ высокого давления (р7,5 МПа) с входа газораспределительной станции 1 разделяется на два потока: один поступает на вход первой вихревой трубы 8, а второй - на вход линии высокого давления первого теплообменника 9 контура предварительного охлаждения. Здесь он охлаждается за счет рекуперативного теплообмена с "холодным" потоком первой вихревой трубы 8, подающимся в линию среднего давления теплообменника 9.
Охлажденный газ высокого давления (р7,5 МПа) в свою очередь разделяется на два потока. Первый из них поступает на вход второй вихревой трубы 4, а второй - на вход второго теплообменника 10 контура предварительного охлаждения. Здесь он дополнительно охлаждается за счет рекуперативного теплообмена с потоком, образованным "холодным" потоком второй вихревой трубы 4 и "горячим" потоком третьей вихревой трубы 11, подающимся в линию среднего давления теплообменника 10. Далее газ высокого давления (р7,5 МПа) поступает на вход третьей вихревой трубы 11, "холодный" поток которой смешивается с газом среднего давления с выхода второго теплообменника 5 (обратный поток несжиженного газа) и подается на вход линии среднего давления первого теплообменника 3 для охлаждения газа высокого давления (р25 МПа), подающегося на сжижение. "Горячий" поток вихревой трубы 11 смешивается с "холодным" потоком трубы 4 и направляется в линию среднего давления теплообменника 10.
"Горячие" потоки первой 8 и второй 4 вихревых труб, а также газовый поток среднего давления после прохождения первого теплообменника объединяются и поступают в выходную магистраль газораспределительной станции.
В условиях реальных газораспределительной станций перепад давления газа между входной (Рвх.ГРС) и выходной (Рвых.ГРС) магистралями, являющийся движущейся силой для работы вихревых труб, может быть невелик (Рвх.ГРС/Рвых.ГРС=1,5...2,0). В результате число каскадов, требуемое для достижения низких температур, может быть достаточно велико.
Для повышения эффективности работы вихревых труб и, соответственно, снижения количества каскадов газовый поток среднего давления, образованный потоком с выхода первого теплообменника, "горячими" потоками вихревых труб и потоками с выхода теплообменников контура предварительного охлаждения, перед подачей в выходную магистраль газораспределительной станции поступает в приемную камеру эжектора ("пассивный" газ), в котором в качестве "активного" газа используется сжатый газ высокого давления (р7,5 МПа) с входа газораспределительной станции (фиг. 3).
В результате давление газа в линиях среднего давления первого и второго теплообменников, а также контура предварительного охлаждения может быть снижено в несколько раз по сравнению с давлением в выходной магистрали газораспределительной станции. На практике величину отношения Рвх.ГРС/Рвых.ГРС целесообразно поддерживать на уровне 4...6. Дальнейшее увеличение данной величины не приведет к заметному росту эффективности энергоразделения в вихревых трубах, однако потребует существенного увеличения расхода газа высокого давления (р7,5 МПа) на вход эжектора.
Описание способа сжижения природного газа в этом случае аналогично описанию схемы на фиг.1 за исключением того, что газ среднего давления с выхода первого теплообменника 3, "горячие" потоки первой 8 и второй 4 вихревых труб, а также газ с выхода теплообменника 9 контура предварительного охлаждения отсасывается при помощи эжектора 10. В качестве "активного" газа в эжекторе 10 используется сжатый газ высокого давления (р7,5 МПа), отводимый с входа газораспределительной станции 1.
Эффективность процесса сжижения природного газа может быть дополнительно повышена за счет снижения работы сжатия, производимой в компрессорах автогазонаполнительной станции, путем подачи на их вход газа высокого давления (р7,5 МПа) с входа газораспределительной станции на вход второй ступени компрессоров.
При размещении установки сжижения, работающей по предложенному способу, на газораспределительной станции может быть получен еще один положительный эффект за счет повышения температуры газа в ее выходной магистрали. При дросселировании газа высокого давления (р7,5 МПа) на регуляторах газораспределительной станции за счет дроссель-эффекта температура газа снижается на 20...30°С и становится отрицательной. Это приводит к обледенению трубопроводов, промерзанию и вспучиванию грунта вдоль газопроводов. Для снижения негативного влияния данного явления газ подогревают, используя дополнительные энергоресурсы (сжигание части газа, электроэнергия).
Повышение температуры газа на выходе газораспределительной станции позволяет сократить затраты энергии на его подогрев, тем самым повышая экономичность работы станции.
Энергозатраты на производство СПГ по способу, описываемому в прототипе, складываются из затрат на работу сжатия газа - L, а также затрат на работу холодильной машины - Lx.
Работа Lx определяется по соотношению:
где Нх - холодопроизводительность машины, кВт·час;
Величина Нх определяется по уравнению:
где I(Рвх,Твх)-I(Рвх,Тц - значение энтальпии природного газа высокого давления на входе и выходе из теплообменника испарителя соответственно, кДж/кг.
Ти - температура газа высокого давления на выходе из теплообменника-испарителя холодильной машины, К;
Работа L (изотермическое сжатие) определяется по формуле:
где S(Pвх,Твх), S(Рвых,Твх) - значения энтропии природного газа при соответствующих давлениях и температуре, кДж/кг·К);
I(Pвх,Твх), I(Рвых,Твх) - значения энтальпии природного газа при соответствующих давлениях и температуре, кДж/кг.
Удельные энергозатраты:
где К- коэффициент сжижения газа в цикле;
Iж(Рвых) - значение энтальпии криогенной жидкости (СПГ) на линии насыщения при выходном давлении (Рвых).
Относительное снижение энергозатрат (в%) при использовании контура предварительного охлаждения на базе каскадов из вихревых труб вместо холодильной машины (с учетом сохранения температурного уровня охлаждения газа высокого давления) может быть определено по формуле:
В качестве примера будем рассматривать природный газ конкретного состава с технологическими параметрами, характерными для условий автогазонаполнительной компрессорной станции Северо-запада РФ:
- Содержание компонент природного газа (объемные %)
- Метан - 97,1;
- Этан - 1,3;
- Пропан - 0,4;
- Бутаны - 0,1;
- Азот - 1,05;
- Углекислый газ - 0,05.
- Влагосодержание - 0,009 г/нм3;
- Входная температура -290 К;
- Входное давление - 20 МПа;
- Выходное давление - 0,6 МПа;
- Температура газа на входе во второй теплообменник - 235 К;
В качестве хладагента в холодильной машине используется фреон с температурой кипения 231...233 К.
Результаты расчетов по приведенным выше формулам для представленных значений технологических параметров показывают, что предлагаемый способ сжижения природного газа позволяет снизить величину удельных энергозатрат на 20%.
При использовании второго каскада, как изображено на фиг.2, удельные энергозатраты на производство сжиженного природного газа могут быть дополнительно снижены за счет увеличения коэффициента сжижения. Например, при значении давления газа на входе в газораспределительную станцию в диапазоне 3,0...3,5 МПа температура газа низкого давления на входе в первый теплообменник может быть получена на уровне 180...185 К, что приведет к уменьшению удельных энергозатрат еще на 52...58%.
Относительное уменьшение расхода энергии на сжатие газа в компрессорах высокого давления (р25 МПа) автогазонаполнительной станции в зависимости от величины давления газа Рг, подаваемого на вход второй ступени, в сравнении с вариантом, когда на вход компрессоров поступает газ среднего давления - 0,6 МПа, составит:
- 34,6% (Рг=2,0 МПа);
- 46,4% (Рг=3,0 МПа).
Литература
1. Патент США №4147525, МПК F 25 J 3/06, 1979.
2. Патент РФ №2180081, МПК F 25 J 1/00, 27.02.2002.
Claims (4)
1. Способ сжижения природного газа путем его сжатия в компрессорах высокого давления (р
25 МПа), последовательного охлаждения не менее чем в двух рекуперативных теплообменниках, разделение охлажденного газа на жидкую и газовую фазы, причем последняя возвращается в цикл сжижения на вход компрессоров, последовательно проходя указанные теплообменники, дополнительного охлаждения газа высокого давления при помощи контура предварительного охлаждения, отличающийся тем, что в контуре предварительного охлаждения сжатого газа в качестве источника дополнительной холодопроизводительности используется не менее чем один каскад, состоящий из рекуперативного теплообменника и двух вихревых труб, работающих на сжатом газе высокого давления (р7,5 МПа), поступающем с входа газораспределительной станции, причем "холодный" поток первой вихревой трубы подается в линию среднего давления (р1,6 МПа) теплообменника контура предварительного охлаждения; охладившийся в нем газ высокого давления (р7,5 МПа) подается на вход второй вихревой трубы, ее "холодный" поток смешивается с обратным потоком не сжиженного в цикле газа с выхода второго теплообменника и направляется на вход линии среднего давления (р1,6 МПа) первого теплообменника, в котором прямой поток газа высокого давления (р 25 МПа) охлаждается до температуры Т<245 К и уже затем поступает во второй и последующие рекуперативные теплообменники, при этом "горячие" потоки вихревых труб объединяются и направляются в выходную магистраль газораспределительной станции.
2. Способ сжижения природного газа по п.1, отличающийся тем, что газовый поток среднего давления (р1,6 МПа), образованный потоком с выхода первого теплообменника, "горячими" потоками вихревых труб и потоками с выхода теплообменников контура предварительного охлаждения, перед подачей в выходную магистраль газораспределительной станции поступает в приемную камеру эжектора ("пассивный" газ), в котором в качестве "активного" газа используется сжатый газ высокого давления (р7,5 МПа) с входа газораспределительной станции.
3. Способ сжижения природного газа по п.1, отличающийся тем, что процесс сжижения ведут таким образом, что температура обратного потока не сжиженного в цикле газа с выхода второго теплообменника отличается от температуры "холодного" потока вихревой трубы, последней по ходу газа высокого давления (р7,5 МПа), не более, чем на ±10 К.
4. Способ сжижения природного газа по п.1, отличающийся тем, что на вход второй ступени компрессоров высокого давления (р25 МПа) автогазонаполнительной станции подается газ высокого давления (р7,5 МПа) с входа газораспределительной станции.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004100725/06A RU2258186C1 (ru) | 2004-01-08 | 2004-01-08 | Способ сжижения природного газа |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2004100725/06A RU2258186C1 (ru) | 2004-01-08 | 2004-01-08 | Способ сжижения природного газа |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2004100725A RU2004100725A (ru) | 2005-06-20 |
| RU2258186C1 true RU2258186C1 (ru) | 2005-08-10 |
Family
ID=35835392
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2004100725/06A RU2258186C1 (ru) | 2004-01-08 | 2004-01-08 | Способ сжижения природного газа |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2258186C1 (ru) |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2306500C1 (ru) * | 2006-02-01 | 2007-09-20 | ЗАО "Криогаз" | Способ сжижения природного газа |
| RU2488758C1 (ru) * | 2012-03-22 | 2013-07-27 | Александр Николаевич Лазарев | Способ заполнения резервных хранилищ сжиженным природным газом |
| RU2719258C2 (ru) * | 2015-09-03 | 2020-04-17 | Криостар Сас | Система и способ обработки газа, полученного при испарении криогенной жидкости |
| WO2020180215A1 (ru) * | 2019-03-05 | 2020-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ВЕНТА" | Устройство для сжижения природного газа |
| RU2772461C2 (ru) * | 2020-11-17 | 2022-05-20 | Давид Давидович Гайдт | Способ сжижения природного газа в цикле высокого давления |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3677019A (en) * | 1969-08-01 | 1972-07-18 | Union Carbide Corp | Gas liquefaction process and apparatus |
| US3775988A (en) * | 1969-05-23 | 1973-12-04 | L Fekete | Condensate withdrawal from vortex tube in gas liquification circuit |
| RU2135913C1 (ru) * | 1997-04-10 | 1999-08-27 | ЗАО "Сигма-Газ" | Способ ожижения природного газа |
| RU2157487C1 (ru) * | 1999-06-18 | 2000-10-10 | ООО Фирма "Ведис" | Способ сжижения природного газа и устройство для его осуществления |
| RU2180081C1 (ru) * | 2001-06-07 | 2002-02-27 | Государственное унитарное дочернее предприятие "Московский газоперерабатывающий завод" | Способ сжижения метана преимущественно для газонаполнительной станции транспортных средств |
-
2004
- 2004-01-08 RU RU2004100725/06A patent/RU2258186C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3775988A (en) * | 1969-05-23 | 1973-12-04 | L Fekete | Condensate withdrawal from vortex tube in gas liquification circuit |
| US3677019A (en) * | 1969-08-01 | 1972-07-18 | Union Carbide Corp | Gas liquefaction process and apparatus |
| RU2135913C1 (ru) * | 1997-04-10 | 1999-08-27 | ЗАО "Сигма-Газ" | Способ ожижения природного газа |
| RU2157487C1 (ru) * | 1999-06-18 | 2000-10-10 | ООО Фирма "Ведис" | Способ сжижения природного газа и устройство для его осуществления |
| RU2180081C1 (ru) * | 2001-06-07 | 2002-02-27 | Государственное унитарное дочернее предприятие "Московский газоперерабатывающий завод" | Способ сжижения метана преимущественно для газонаполнительной станции транспортных средств |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2306500C1 (ru) * | 2006-02-01 | 2007-09-20 | ЗАО "Криогаз" | Способ сжижения природного газа |
| RU2488758C1 (ru) * | 2012-03-22 | 2013-07-27 | Александр Николаевич Лазарев | Способ заполнения резервных хранилищ сжиженным природным газом |
| RU2719258C2 (ru) * | 2015-09-03 | 2020-04-17 | Криостар Сас | Система и способ обработки газа, полученного при испарении криогенной жидкости |
| WO2020180215A1 (ru) * | 2019-03-05 | 2020-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ВЕНТА" | Устройство для сжижения природного газа |
| RU2772461C2 (ru) * | 2020-11-17 | 2022-05-20 | Давид Давидович Гайдт | Способ сжижения природного газа в цикле высокого давления |
| RU2841213C1 (ru) * | 2024-09-27 | 2025-06-04 | Акционерное общество криогенного машиностроения (АО "Криогенмаш") | Способ сжижения природного газа в дроссельно-эжекторном цикле (варианты) |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2004100725A (ru) | 2005-06-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Manjili et al. | Performance of a new two-stage multi-intercooling transcritical CO2 ejector refrigeration cycle | |
| Bai et al. | Influence of internal heat exchanger position on the performance of ejector-enhanced auto-cascade refrigeration cycle for the low-temperature freezer | |
| CN100510574C (zh) | 深冷液化/制冷方法和系统 | |
| US7552598B2 (en) | Process for sub-cooling an LNG stream obtained by cooling by means of a first refrigeration cycle, and associated installation | |
| CN112957765B (zh) | 一种超临界二氧化碳萃取节能工艺 | |
| MX2013014870A (es) | Proceso para la licuefaccion de gas natural. | |
| CN104520660A (zh) | 用于天然气液化的系统和方法 | |
| US20150345834A1 (en) | Refrigeration and/or liquefaction device, and corresponding method | |
| CN108533344A (zh) | 一种嵌套式lng两级并联冷能发电及制冰的方法及其系统 | |
| CN101688702A (zh) | 制冷设备和与所述制冷设备相关的用于循环制冷剂的方法 | |
| US11859873B2 (en) | Fluid cooling apparatus | |
| Liu et al. | Theoretical analysis of a double ejector-expansion autocascade refrigeration cycle using hydrocarbon mixture R290/R170 | |
| CN201532077U (zh) | 基于低温液体制冷的天然气液化装置 | |
| CN102269509B (zh) | 与余热驱动制冷相结合的co2压缩液化系统 | |
| CN204785551U (zh) | 一种bog再液化回收装置 | |
| Jiang et al. | Comparative thermodynamic study of CO2 transcritical supermarket booster refrigeration system combined with vapor injection and parallel compression | |
| CN117490469A (zh) | 采用外部冷却的降焓连续节流换热器、液化系统和方法 | |
| CN101709912B (zh) | 基于低温液体制冷的天然气液化装置 | |
| CN104807292A (zh) | 综合利用氮气放空能量及液氩汽化冷能的装置和方法 | |
| RU2258186C1 (ru) | Способ сжижения природного газа | |
| CN206235085U (zh) | 液氧、液氮互换生产装置 | |
| Zheng et al. | Energy and exergy analysis of a transcritical CO2 refrigeration system integrated with vapor injection and mechanical subcooling | |
| CN117824185B (zh) | 基于lng冷能利用的二氧化碳储能系统 | |
| CN209279430U (zh) | 一种生产液化天然气的制冷设备 | |
| CN102504901A (zh) | 天然气液化方法 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20070723 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090109 |