[go: up one dir, main page]

RU2840008C9 - Liquefied natural gas production plant - Google Patents

Liquefied natural gas production plant

Info

Publication number
RU2840008C9
RU2840008C9 RU2024132028A RU2024132028A RU2840008C9 RU 2840008 C9 RU2840008 C9 RU 2840008C9 RU 2024132028 A RU2024132028 A RU 2024132028A RU 2024132028 A RU2024132028 A RU 2024132028A RU 2840008 C9 RU2840008 C9 RU 2840008C9
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
unit
natural gas
heat exchanger
gas
possibility
Prior art date
Application number
RU2024132028A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2840008C1 (en
Inventor
Юрий Васильевич Белоусов
Николай Николаевич Верещагин
Original Assignee
Юрий Васильевич Белоусов
Filing date
Publication date
Application filed by Юрий Васильевич Белоусов filed Critical Юрий Васильевич Белоусов
Publication of RU2840008C1 publication Critical patent/RU2840008C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2840008C9 publication Critical patent/RU2840008C9/en

Links

Abstract

FIELD: oil and gas industry.
SUBSTANCE: invention relates to the gas industry, in particular to the gases and their mixtures liquefaction plants, and can be used to produce the liquefied natural gas (LNG) in the gas distribution station (GDS) conditions. Liquefied natural gas production plant is connected to a natural gas supply source and includes the following units connected by natural gas supply and discharge pipelines: unit of inlet devices with gas measurement, booster-compressor, high and low pressure drying units, high pressure cleaning unit, twisted double-flow heat exchangers: preliminary cooling heat exchanger, external cold source heat exchanger, end heat exchanger and pre-cooling heat exchanger of natural gas of the turboexpander unit, turboexpander unit with an electric generator, as well as ejector, loading unit, high and low pressure separators. Diode bridges are connected in electric generator of turbine expander plant with possibility of obtaining DC voltage. Turboexpander unit electric generator is electrically connected to the regeneration gas electric heaters in the low pressure drying, high pressure drying, high pressure cleaning units, and is also electrically connected, with the possibility of outputting power of industrial voltage and frequency after conversion, with units of the plant that consume electric power in order to ensure zero power consumption from external power supply sources for the production of LNG at the gas distribution station.
EFFECT: ensuring energy saving, increasing efficiency and reliability in the production of LNG at gas distribution stations.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к газовой промышленности, в частности к установкам для ожижения газов и их смесей, и может найти применение при организации процесса ожижения природного газа и получения сжиженного природного газа (СПГ) в условиях газораспределительной станции (ГРС).The invention relates to the gas industry, in particular to installations for liquefying gases and their mixtures, and can find application in organizing the process of liquefying natural gas and producing liquefied natural gas (LNG) in a gas distribution station (GDS).

Производство и использование в качестве энергоресурса СПГ - одно из наиболее перспективных направлений мировой энергетики. СПГ-технологии все заметнее теснят традиционный для России сегмент трубопроводных поставок. Сжиженный газ, полученный на малотоннажных установках, может эффективно использоваться для газоснабжения населения, предприятий, промышленных теплоэнергетических объектов, а также в качестве газомоторного топлива. Кроме этого, СПГ может применяться в качестве резервного топлива при пиковых нагрузках, а также для обеспечения работы распределительных сетей на период ремонта ГРС.The production and use of LNG as an energy resource is one of the most promising areas of global energy. LNG technologies are increasingly replacing Russia's traditional pipeline supply segment. Liquefied gas produced in small-scale plants can be effectively used to supply households, businesses, and industrial thermal power plants, as well as as a motor fuel. Furthermore, LNG can be used as a backup fuel during peak loads and to maintain distribution networks during gas distribution station maintenance.

Установки, устройства, комплексы для производства СПГ широко известны. Одним из наиболее простых технических решений является схема ожижения природного газа, основанная на применении дроссель-эжекторного цикла высокого давления с использованием внешнего источника холода. В качестве внешнего источника холода, как правило, используется фреоновая холодильная машина, обеспечивающая захолаживание природного газа до минус 40…минус 55°С.LNG production plants, devices, and systems are widely known. One of the simplest technical solutions is a natural gas liquefaction system based on a high-pressure throttle-ejector cycle using an external cold source. The external cold source is typically a freon refrigeration unit, capable of cooling natural gas to -40 to -55°C.

Необходимость применения внешних источников холода увеличивает выработку СПГ, одновременно увеличивая и энергопотребление процесса сжижения, что существенно снижает энергоэффективность данного процесса. Также, в известных установках, устройствах, при осуществлении подготовки природного газа к ожижению сохраняется достаточно высокое потребление электроэнергии от внешних источников энергообеспечения. Для повышения энергоэффективности процесса сжижения природного газа, в конструктивное исполнение известных установок сжижения подключают бустер-компрессор, работающий на перепаде энергии сжатого газа из магистрального газопровода. Например, известна «Установка по производству сжиженного природного газа», патент РФ №2783611, кл. F25J 1/00, опубл. 15.11.2022 г., которая содержит соединенные трубопроводами подвода, отвода природного газа бустер-компрессор, теплообменники предварительного и окончательного охлаждения, блок осушки, блок очистки, регулирующие клапаны, продукционный и технологический эжекторы и сепараторы предварительного и окончательного разделения парожидкостной смеси на паровую и жидкую фазы. Известная установка с бустер-компрессором для компримирования газа позволяет частично отказаться от получения электроэнергии из внешних источников, однако не обеспечивает полный отказ от такой электроэнергии.The need to use external cold sources increases LNG production, simultaneously increasing the energy consumption of the liquefaction process, which significantly reduces the energy efficiency of this process. Also, in existing installations and devices, the preparation of natural gas for liquefaction still requires a relatively high level of electricity from external power sources. To improve the energy efficiency of the natural gas liquefaction process, a booster compressor is incorporated into the design of existing liquefaction installations, operating on the energy differential of the compressed gas from the main gas pipeline. For example, the "Liquefied Natural Gas Production Installation" is known, Russian Patent No. 2783611, Class F25J 1/00, published in 2008. November 15, 2022, which comprises a booster compressor, pre- and post-cooling heat exchangers, a drying unit, a cleaning unit, control valves, production and process ejectors, and separators for the preliminary and final separation of the vapor-liquid mixture into vapor and liquid phases, all connected by natural gas supply and outlet pipelines. This well-known gas compression system with a booster compressor allows for partial elimination of the need for external power generation, but does not completely eliminate this requirement.

Также, с целью выработки электроэнергии для агрегатов установки сжижения природного газа на ГРС, в конструктивное исполнение известных установок может быть включена тубодетандерная установка для извлечения энергии, полученной при расширении природного газа от перепада давлений на входе в ГРС и на выходе из нее. Наиболее близкой по технической сущности к предлагаемому изобретению является установка сжижения природного газа «Установка сжижения природного газа (СПГ) в условиях газораспределительной станции (ГРС)», патент РФ №2673642, кл. F25J 1/00, опубл. 28.11.2018 г. Известное техническое решение направлено на повышение эффективности процесса сжижения природного газа за счет применения турбодетандерной установки. Известная установка включает узел очистки газа, турбодетандерный агрегат с электрическим генератором, компрессор основного цикла и установку сжижения природного газа с внедренным детандером и флэш-циклом, резервуарный парк склада СПГ, узел отпуска товарного СПГ, факельную установку. Заявлен эффект энергосбережения, однако, в известной установке используются электроприводные компрессоры, потребляющие электроэнергию от внешних источников электрообеспечения, а вся извлеченная энергия за счет применения тубодетандерной установки перед использованием в агрегатах известной установки, требует дополнительного преобразования к промышленной частоте, что усложняет конструктивное исполнение электрогенератора, снижая его надежность и надежность работы известной установки в целом. Помимо этого, для осуществления процесса сжижения применяется многопоточный теплообменник, что также отрицательно влияет на надежность и эффективность работы известной установки.Also, to generate electricity for the units of a natural gas liquefaction plant at a gas distribution station (GDS), the design of known plants can include a turboexpander unit for recovering the energy obtained during the expansion of natural gas due to the pressure difference at the GDS inlet and outlet. The closest in technical essence to the proposed invention is the natural gas liquefaction plant "Liquefaction of Natural Gas (LNG) in a Gas Distribution Station (GDS)", Russian Federation Patent No. 2673642, Class F25J 1/00, published November 28, 2018. This known technical solution is aimed at increasing the efficiency of the natural gas liquefaction process through the use of a turboexpander unit. The known installation includes a gas purification unit, a turboexpander unit with an electric generator, a main-cycle compressor, a natural gas liquefaction unit with an integrated expander and flash cycle, a tank farm for an LNG storage facility, a commercial LNG distribution unit, and a flare unit. While energy savings are claimed, the known installation utilizes electrically driven compressors that consume electricity from external power sources. All energy extracted through the use of a turboexpander unit requires additional conversion to industrial frequency before use in the units of the known installation. This complicates the design of the electric generator, reducing its reliability and the overall reliability of the known installation. Furthermore, a multi-flow heat exchanger is used for the liquefaction process, which also negatively impacts the reliability and efficiency of the known installation.

Задача изобретения - обеспечение энергосбережения, повышение эффективности, надежности при производстве СПГ на ГРС.The objective of the invention is to ensure energy conservation, increase efficiency and reliability in the production of LNG at gas distribution stations.

Техническим результатом изобретения является разработка простой, надежной, полностью на отечественных комплектующих установки, обеспечивающей нулевое потребление электроэнергии от внешних источников электрообеспечения для производства сжиженного природного газа в условиях ГРС.The technical result of the invention is the development of a simple, reliable installation, entirely based on domestic components, ensuring zero consumption of electricity from external power sources for the production of liquefied natural gas in gas distribution stations.

Поставленная задача и требуемый технический результат достигаются за счет того, что установка для производства сжиженного природного газа подключена к источнику подачи природного газа и содержит соединенные трубопроводами подвода, отвода природного газа следующие агрегаты: блок входных устройств с замером газа, бустер-компрессор, блоки осушки высокого и низкого давления, блок очистки высокого давления, витые двухпоточные теплообменные аппараты: теплообменник предварительного захолаживания, теплообменник внешнего источника холода, концевой теплообменник и теплообменник предварительного охлаждения природного газа турбодетандерной установки, турбодетандерную установку с электрогенератором, а также эжектор, блок отгрузки, сепараторы высокого и низкого давления. Основной трубопровод с потоком природного газа от источника подачи природного газа подсоединен ко входу блока входных устройств с замером газа, на выходе из которого основной трубопровод с потоком природного газа разделяется на два трубопровода: трубопровод продукционного потока и трубопровод технологического потока. Трубопровод технологического потока подсоединен ко входу блока осушки низкого давления и далее последовательно подключен с возможностью последовательного прохождения через теплообменник предварительного охлаждения природного газа турбодетандерной установки, турбодетандерную установку, теплообменник внешнего источника холода и вновь через теплообменник предварительного охлаждения природного газа турбодетандерной установки, к одному из выходов которого подсоединен трубопровод отвода неожиженного газа технологического потока с возможностью направления неожиженного потока газа в сеть низкого давления. Трубопровод продукционного потока подсоединен ко входу бустер-компрессора и далее последовательно подключен с возможностью последовательного прохождения через блок осушки высокого давления, блок очистки высокого давления, теплообменник предварительного захолаживания, теплообменник внешнего источника холода, концевой теплообменник, эжектор, сепараторы высокого и низкого давления, блок отгрузки для подачи потребителю сжиженного природного газа. Трубопровод паровой фазы от одного из выходов сепаратора высокого давления подсоединен ко входу концевого теплообменника и далее последовательно подключен с возможностью последовательного прохождения через теплообменник предварительного захолаживания с возможностью нагрева паровой фазы от тепла продукционного потока газа. Трубопровод паровой фазы от одного из выходов сепаратора низкого давления подсоединен ко входу всасывающей камеры эжектора с возможностью соединения с продукционным потоком газа. Первый и второй трубопроводы отвода неожиженного газа продукционного потока подсоединены к выходам соответственно бустер-компрессора и теплообменника предварительного захолаживания с возможностью направления неожиженного потока газа в сеть низкого давления. В электрогенераторе турбодетандерной установки подключены диодные мосты с возможностью получения напряжения постоянного тока, причем электрогенератор турбодетандерной установки связан электрической связью с электронагревателями газа регенерации в блоке осушки низкого давления, в блоке осушки высокого давления, в блоке очистки высокого давления с возможностью выдачи электроэнергии с напряжением и частотой тока выше промышленных. Электрогенератор турбодетандерной установки связан электрической связью, с возможностью выдачи электроэнергии промышленного напряжения и частоты после преобразования, с агрегатами установки, потребляющими электроэнергию, с возможностью обеспечения нулевого потребления электроэнергии от внешних источников электрообеспечения для производства сжиженного природного газа.The stated objective and the required technical result are achieved due to the fact that the liquefied natural gas production unit is connected to a natural gas supply source and comprises the following units, connected by natural gas supply and outlet pipelines: a block of inlet devices with gas metering, a booster compressor, high-pressure and low-pressure drying units, a high-pressure cleaning unit, coiled two-flow heat exchangers: a pre-cooling heat exchanger, a heat exchanger of an external cold source, an end heat exchanger and a heat exchanger for pre-cooling natural gas of a turboexpander unit, a turboexpander unit with an electric generator, as well as an ejector, an unloading unit, high-pressure and low-pressure separators. The main pipeline with the natural gas flow from the natural gas supply source is connected to the inlet of the block of inlet devices with gas metering, at the outlet of which the main pipeline with the natural gas flow is divided into two pipelines: a production flow pipeline and a process flow pipeline. The process flow pipeline is connected to the inlet of the low-pressure drying unit and is then connected in series with the possibility of successive passage through the natural gas pre-cooling heat exchanger of the turboexpander unit, the turboexpander unit, the heat exchanger of the external cold source and again through the natural gas pre-cooling heat exchanger of the turboexpander unit, to one of the outlets of which a pipeline for the removal of unliquefied gas from the process flow is connected with the possibility of directing the unliquefied gas flow into the low-pressure network. The product flow pipeline is connected to the inlet of the booster compressor and is then connected in series with the possibility of successive passage through the high-pressure drying unit, the high-pressure cleaning unit, the pre-cooling heat exchanger, the heat exchanger of the external cold source, the end heat exchanger, the ejector, the high and low pressure separators, the unloading unit for supplying liquefied natural gas to the consumer. The vapor phase pipeline from one of the outlets of the high-pressure separator is connected to the inlet of the end heat exchanger and then connected in series with the possibility of successive passage through the pre-cooling heat exchanger with the possibility of heating the vapor phase from the heat of the product gas stream. The vapor phase pipeline from one of the outlets of the low-pressure separator is connected to the inlet of the ejector suction chamber with the possibility of connecting with the product gas stream. The first and second pipelines for removing unliquefied gas from the product stream are connected to the outlets of the booster compressor and the pre-cooling heat exchanger, respectively, with the possibility of directing the unliquefied gas stream into the low-pressure network. Diode bridges with the possibility of obtaining direct current voltage are connected in the electric generator of the turboexpander unit, wherein the electric generator of the turboexpander unit is electrically connected to the electric heaters of the regeneration gas in the low-pressure drying unit, in the high-pressure drying unit, in the high-pressure cleaning unit with the possibility of generating electric power with a voltage and frequency higher than the industrial ones. The turboexpander unit's electric generator is electrically connected, with the ability to produce electric power of industrial voltage and frequency after conversion, to the units of the unit that consume electric power, with the ability to ensure zero consumption of electric power from external power sources for the production of liquefied natural gas.

Конструктивное исполнение установки сжижения простое и надежное, полностью на основе отечественных комплектующих. Процесс получения СПГ на ГРС с использованием данной установки эффективен и полностью энергонезависим, поскольку одновременное применение в установке сжижения бустер-компрессора, работающего на перепаде давлений сжатого газа из магистрального газопровода, и турбодетандерной установки с подключенным электрогенератором, позволяет отказаться от использования внешних источников холода и от использования внешних источников электрообеспечения для осуществления процесса получения СПГ на ГРС. Подключение в электрогенераторе турбодетандерной установки диодных мостов позволяет направлять для работы установки сжижения электроэнергию с напряжением и частотой тока выше промышленных, уменьшая потери электроэнергии на преобразование, тем самым позволяя максимально эффективно использовать полученную электроэнергию, а исполнение теплообменных аппаратов в установке сжижения витыми двухпоточными позволяет конструкционно упростить установку и повысить надежность ее работы.The liquefaction unit's design is simple and reliable, using entirely domestically produced components. The process of producing LNG at a gas distribution station using this unit is efficient and completely energy-independent, as the simultaneous use of a booster compressor operating on the differential pressure of compressed gas from the main gas pipeline and a turboexpander unit with an integrated electric generator eliminates the need for external refrigeration sources and external power supplies for the LNG production process at the gas distribution station. The inclusion of diode bridges in the turboexpander unit's electric generator allows for the supply of electricity with a voltage and frequency higher than industrial standards to the liquefaction unit, reducing power conversion losses and thereby enabling the most efficient use of the generated electricity. The use of double-flow, twisted-coil heat exchangers in the liquefaction unit simplifies the design and improves its reliability.

Настоящее изобретение и его преимущества будут более понятны путем ссылки на последующее подробное описание и прилагаемый чертеж (фиг. 1). На чертеже показана схема одного конструктивного исполнения этого изобретения. Чертеж не исключает из объема изобретения другие конструктивные исполнения, которые являются результатом обычных и предполагаемых модификаций этого конкретного конструктивного исполнения. Различные требуемые вспомогательные устройства: клапаны, смесители потоков, датчики исключены из чертежа в целях упрощения.The present invention and its advantages will be better understood by reference to the following detailed description and the accompanying drawing (Fig. 1). The drawing shows a diagram of one embodiment of this invention. The drawing does not exclude from the scope of the invention other embodiments that result from normal and intended modifications of this specific embodiment. Various required auxiliary devices, such as valves, flow mixers, and sensors, have been omitted from the drawing for the sake of simplicity.

Установка для производства сжиженного природного газа подключена к источнику подачи природного газа, смонтирована на ГРС и подсоединена к магистральному трубопроводу. Установка содержит соединенные трубопроводами подвода, отвода природного газа следующие агрегаты: блок 1 входных устройств с замером газа, бустер-компрессор 2, блок 3 осушки высокого давления, блок 8 осушки низкого давления, блок 4 очистки высокого давления, турбодетандерную установку 10, электрогенератор 15 турбодетандерной установки 10, теплообменник 5 предварительного захолаживания, теплообменник 6 внешнего источника холода, концевой теплообменник 7 и теплообменник 9 предварительного охлаждения природного газа турбодетандерной установки 10, эжектор 11, сепаратор 12 высокого давления, сепаратор 13 низкого давления, блок 14 отгрузки СПГ. В установке предусмотрены трубопровод отвода неожиженного газа технологического потока и первый и второй трубопроводы отвода неожиженного газа продукционного потока. Для достижения простоты конструкции, повышения надежности работы установки, все теплообменные аппараты в установке исполнены витыми, двухпоточными.The liquefied natural gas production unit is connected to a natural gas supply source, mounted on a gas distribution station and connected to a main pipeline. The unit comprises the following units connected by natural gas supply and discharge pipelines: a unit 1 of inlet devices with gas metering, a booster compressor 2, a high-pressure drying unit 3, a low-pressure drying unit 8, a high-pressure cleaning unit 4, a turboexpander unit 10, an electric generator 15 of the turboexpander unit 10, a pre-cooling heat exchanger 5, a heat exchanger 6 of an external cold source, an end heat exchanger 7 and a heat exchanger 9 for pre-cooling natural gas of the turboexpander unit 10, an ejector 11, a high-pressure separator 12, a low-pressure separator 13, and an LNG unloading unit 14. The unit includes a process flow non-liquefied gas removal pipeline and first and second non-liquefied gas removal pipelines for the product flow. To simplify the design and improve operational reliability, all heat exchangers in the unit are double-wound, coiled-coil units.

В одном конкретном исполнении, но не ограничиваясь этим, установка монтируется на ГРС, использует магистральный трубопровод с природным газом в качестве источника подачи природного газа и работает следующим образом. Природный газ поступает в установку сжижения и направляется в блок 1 входных устройств с замером газа, где замеряется расход поступающего в установку природного газа и определяется его компонентный состав, на выходе из блока 1 трубопровод с потоком природного газа разделяется на два трубопровода: трубопровод продукционного потока и трубопровод технологического потока.In one specific implementation, but not limited to, the unit is mounted on a gas distribution station (GDS), uses a natural gas main pipeline as the natural gas supply source, and operates as follows. Natural gas enters the liquefaction unit and is directed to Block 1 of inlet devices with gas metering, where the flow rate of the incoming natural gas is measured and its component composition is determined. At the outlet of Block 1, the natural gas pipeline is divided into two pipelines: a production pipeline and a process pipeline.

Трубопровод продукционного потока природного газа подсоединен ко входу бустер-компрессора 2. В бустер-компрессоре 2, работающем на перепаде энергии сжатого газа из магистрального газопровода, происходит компримирование (сжатие) природного газа. Далее, по трубопроводу продукционного потока поток компримированного природного газа с давлением не более 25 МПа поступает от бустер-компрессора 2 на вход блока 3 осушки высокого давления, где происходит процесс поглощения влаги из природного газа до концентрации, соответствующей точке росы по воде не выше минус 60°С. Далее, поток компримированного природного газа идет в блок 4 очистки высокого давления, в котором происходит процесс удаления из природного газа диоксида углерода (CO2), который при понижении температуры ниже предела растворимости для данной концентрации может кристаллизоваться в процессе сжижения метана, тем самым нарушая работу установки. Также, в блоке 4 очистки высокого давления удаляются прочие кислые компоненты из потока компримированного природного газа. Подготовленный (осушенный и очищенный) компримированный природный газ продукционного потока последовательно проходит три теплообменника: теплообменник 5 предварительного захолаживания, теплообменник 6 внешнего источника холода, концевой теплообменник 7, где предварительно охлаждается, далее направляется в эжектор 11, где происходит снижение его давления. После эжектора 11 природный газ продукционного потока с давлением 1,3 МПа поступает в сепаратор 12 высокого давления. В сепараторе 12 высокого давления двухфазная смесь природного газа разделяется на жидкую и паровую фазы. Трубопровод паровой фазы от одного из выходов сепаратора 12 высокого давления подсоединен к одному из входов концевого теплообменника 7, и далее последовательно подсоединен к одному из входов теплообменника 5 предварительного захолаживания. Проходя теплообменники 5 и 7, паровая фаза нагревается за счет отвода тепла от продукционного потока. Подогретый газ сбрасывается в сеть низкого давления (0,3-1,2 МПа). Образованная в сепараторе 12 высокого давления жидкая фаза проходит через дроссель (на чертеже не показан), где при снижении давления до 0,3 МПа образуется двухфазный поток, который, в свою очередь направляется в сепаратор 13 низкого давления, являющийся криогенной емкостью для хранения СПГ. После сепаратора 13 низкого давления через блок 14 отгрузки СПГ жидкая фаза с требуемыми параметрами: температура минус 141,1°С, давление 0,3 МПа, направляется к выходу для подачи потребителю сжиженного природного газа. Трубопровод паровой фазы от одного из выходов сепаратора 13 низкого давления подсоединен ко входу всасывающей камеры эжектора 11, в котором после повышения давления смешивается с продукционным потоком, выходящим из концевого теплообменника 7.The natural gas production pipeline is connected to the inlet of booster compressor 2. Booster compressor 2, which operates using the energy differential of compressed gas from the main gas pipeline, compresses the natural gas. The compressed natural gas flow, at a pressure of no more than 25 MPa, is then fed from booster compressor 2 through the production pipeline to the inlet of high-pressure drying unit 3, where moisture is absorbed from the natural gas to a concentration corresponding to a water dew point no higher than minus 60°C. The compressed natural gas flow then enters high-pressure cleaning unit 4, where carbon dioxide ( CO2 ) is removed from the natural gas. CO2, when the temperature drops below the solubility limit for a given concentration, can crystallize during methane liquefaction, thereby disrupting the unit's operation. High-pressure cleaning unit 4 also removes other acidic components from the compressed natural gas flow. The prepared (dried and purified) compressed natural gas of the production stream passes sequentially through three heat exchangers: pre-cooling heat exchanger 5, external cold source heat exchanger 6, and final heat exchanger 7, where it is pre-cooled. It is then directed to ejector 11, where its pressure is reduced. After ejector 11, the natural gas of the production stream with a pressure of 1.3 MPa enters high-pressure separator 12. In high-pressure separator 12, the two-phase mixture of natural gas is separated into liquid and vapor phases. The vapor phase pipeline from one of the outlets of high-pressure separator 12 is connected to one of the inlets of final heat exchanger 7, and is then connected in series to one of the inlets of pre-cooling heat exchanger 5. Passing heat exchangers 5 and 7, the vapor phase is heated due to heat removal from the production stream. The heated gas is discharged into a low-pressure network (0.3-1.2 MPa). The liquid phase formed in the high-pressure separator 12 passes through a throttle (not shown in the drawing), where, when the pressure drops to 0.3 MPa, a two-phase flow is formed, which, in turn, is directed to the low-pressure separator 13, which is a cryogenic tank for storing LNG. After the low-pressure separator 13, through the LNG unloading unit 14, the liquid phase with the required parameters: temperature minus 141.1°C, pressure 0.3 MPa, is directed to the outlet for supplying liquefied natural gas to the consumer. The vapor phase pipeline from one of the outlets of the low-pressure separator 13 is connected to the inlet of the suction chamber of the ejector 11, in which, after increasing the pressure, it is mixed with the product stream leaving the end heat exchanger 7.

Трубопровод технологического потока природного газа подсоединен ко входу блока 8 осушки низкого давления, где происходит осушка природного газа до температуры точки росы не выше минус 70°С. Для получения дополнительного источника холода, в установке предусмотрена турбодетандерная установка 10 с теплообменником 9 предварительного охлаждения. На выходе из блока 8 осушки низкого давления трубопровод технологического потока подсоединен ко входу теплообменника 9 предварительного охлаждения природного газа турбодетандерной установки 10, где газ предварительно охлаждается, - и направляется в турбодетандерную установку 10. В турбодетандерной установке 10 происходит процесс расширения природного газа с одновременным понижением его давления и температуры. Далее, трубопровод технологического потока подсоединен последовательно через теплообменник 6 внешнего источника холода и теплообменник 9 предварительного охлаждения природного газа турбодетандерной установки 10. Проходя теплообменник 6 внешнего источника холода, газ технологического потока дополнительно охлаждает продукционный поток газа. Далее, в теплообменнике 9 предварительного охлаждения природного газа турбодетандерной установки 10, догревается и по трубопроводу отвода неожиженного газа технологического потока поступает на сброс в сеть низкого давления для подачи потребителю природного газа с требуемыми параметрами. К одному из выходов бустер-компрессора 2 и теплообменника 5 предварительного захолаживания подсоединены соответственно первый и второй трубопроводы отвода неожиженного газа продукционного потока, по которым неожиженный поток газа поступает на сброс в сеть низкого давления для подачи потребителю природного газа с требуемыми параметрами. В электрогенераторе 15 турбодетандерной установки 10 подключены диодные мосты (на чертеже не показаны) для получения напряжения постоянного тока. Электрогенератор 15 турбодетандерной установки 10 связан электрической связью (на чертеже показано пунктирными линиями) с электронагревателями газа регенерации (на чертеже не показаны), установленными в блоке 8 осушки низкого давления, в блоке 3 осушки высокого давления и в блоке 4 очистки высокого давления. Для питания электронагревателей газа регенерации от электрогенератора 15 поступает электроэнергия с напряжением и частотой тока выше промышленных, тем самым уменьшаются потери электроэнергии на преобразование. Помимо этого, электрогенератор 15 турбодетандерной установки 10 связан электрической связью с возможностью выдачи электроэнергии промышленного напряжения и частоты после преобразования со всеми агрегатами установки, потребляющими такую электроэнергию: электроэнергия подается на блок 1 входных устройств с замером газа, на блок 14 отгрузки СПГ, запитываются расходомеры, насосы, исполнительные механизмы (на чертеже не показаны).The pipeline of the process flow of natural gas is connected to the inlet of the low-pressure drying unit 8, where the natural gas is dried to a dew point temperature of no higher than minus 70°C. To obtain an additional source of cold, the unit is provided with a turboexpander unit 10 with a pre-cooling heat exchanger 9. At the outlet of the low-pressure drying unit 8, the pipeline of the process flow is connected to the inlet of the natural gas pre-cooling heat exchanger 9 of the turboexpander unit 10, where the gas is pre-cooled, and is directed to the turboexpander unit 10. In the turboexpander unit 10, the process of expansion of natural gas occurs with a simultaneous decrease in its pressure and temperature. Further, the pipeline of the process flow is connected in series through the heat exchanger 6 of the external cold source and the heat exchanger 9 of the natural gas pre-cooling heat exchanger of the turboexpander unit 10. Passing the heat exchanger 6 of the external cold source, the process flow gas additionally cools the product gas stream. Next, in the natural gas pre-cooling heat exchanger 9 of the turboexpander unit 10, it is further heated and sent via the process flow's unliquefied gas outlet pipeline to the low-pressure network for delivery to the consumer of natural gas with the required parameters. The first and second unliquefied gas outlet pipelines of the product flow are connected to one of the outlets of the booster compressor 2 and the pre-cooling heat exchanger 5, respectively, through which the unliquefied gas stream is sent to the low-pressure network for delivery to the consumer of natural gas with the required parameters. Diode bridges (not shown in the drawing) are connected in the electric generator 15 of the turboexpander unit 10 to generate DC voltage. The electric generator 15 of the turboexpander unit 10 is electrically connected (shown by dashed lines in the drawing) to the regeneration gas electric heaters (not shown in the drawing) installed in the low-pressure drying unit 8, in the high-pressure drying unit 3, and in the high-pressure cleaning unit 4. To power the regeneration gas electric heaters, electric power with a voltage and frequency higher than the industrial ones is supplied from the electric generator 15, thereby reducing the electric power conversion losses. In addition, the electric generator 15 of the turboexpander unit 10 is electrically connected with the possibility of outputting electric power of industrial voltage and frequency after conversion to all units of the unit consuming such electric power: electric power is supplied to the unit 1 of input devices with gas metering, to the LNG unloading unit 14, and is used to power flow meters, pumps, and actuators (not shown in the drawing).

Таким образом, конструктивное исполнение установки сжижения природного газа с бустер-компрессором 2, имеющим газовый привод, и турбодетандерной установкой 10 с подключенным электрогенератором 15, позволяет не использовать внешние источники холода, не использовать электроэнергию от внешних источников электрообеспечения, делая процесс получения СПГ на ГРС полностью энергонезависимым. Подключение в электрогенераторе турбодетандерной установки диодных мостов позволяет направлять для работы установки сжижения электроэнергию с напряжением и частотой тока выше промышленных, уменьшая потери электроэнергии на преобразование, эффективно используя полученную электроэнергию. Применение в установке сжижения витых, двухпоточных теплообменных аппаратов 5, 6, 7, 9 упрощает конструктивное исполнение установки, повышает надежность ее работы.Thus, the design of the natural gas liquefaction plant with a gas-driven booster compressor 2 and a turboexpander unit 10 with a connected electric generator 15 eliminates the need for external refrigeration sources and eliminates the need for external power supplies, making the LNG production process at the gas distribution station completely energy-independent. The inclusion of diode bridges in the turboexpander unit's electric generator allows the liquefaction plant to operate with electricity at a voltage and frequency higher than industrial standards, reducing energy conversion losses and efficiently utilizing the recovered electricity. The use of coiled, dual-flow heat exchangers 5, 6, 7, and 9 in the liquefaction plant simplifies the plant's design and improves its operational reliability.

Claims (1)

Установка для производства сжиженного природного газа, подключенная к источнику подачи природного газа, содержащая соединенные трубопроводами подвода, отвода природного газа следующие агрегаты: блок входных устройств с замером газа, бустер-компрессор, блоки осушки высокого и низкого давления, блок очистки высокого давления, витые двухпоточные теплообменные аппараты: теплообменник предварительного захолаживания, теплообменник внешнего источника холода, концевой теплообменник и теплообменник предварительного охлаждения природного газа турбодетандерной установки, турбодетандерную установку с электрогенератором, а также эжектор, блок отгрузки, сепараторы высокого и низкого давления, в которой основной трубопровод с потоком природного газа от источника подачи природного газа подсоединен ко входу блока входных устройств с замером газа, на выходе из которого основной трубопровод с потоком природного газа разделяется на два трубопровода: трубопровод продукционного потока и трубопровод технологического потока, при этом трубопровод технологического потока подсоединен ко входу блока осушки низкого давления и далее последовательно подключен с возможностью последовательного прохождения через теплообменник предварительного охлаждения природного газа турбодетандерной установки, турбодетандерную установку, теплообменник внешнего источника холода и вновь через теплообменник предварительного охлаждения природного газа турбодетандерной установки, к одному из выходов которого подсоединен трубопровод отвода неожиженного газа технологического потока с возможностью направления неожиженного потока газа в сеть низкого давления, а трубопровод продукционного потока подсоединен ко входу бустера-компрессора и далее последовательно подключен с возможностью последовательного прохождения через блок осушки высокого давления, блок очистки высокого давления, теплообменник предварительного захолаживания, теплообменник внешнего источника холода, концевой теплообменник, эжектор, сепараторы высокого и низкого давления, блок отгрузки для подачи потребителю сжиженного природного газа, при этом, трубопровод паровой фазы от одного из выходов сепаратора высокого давления подсоединен ко входу концевого теплообменника и далее последовательно подключен с возможностью последовательного прохождения через теплообменник предварительного захолаживания с возможностью нагрева паровой фазы от тепла продукционного потока газа, также, трубопровод паровой фазы от одного из выходов сепаратора низкого давления подсоединен ко входу всасывающей камеры эжектора с возможностью соединения с продукционным потоком газа, помимо этого, первый и второй трубопроводы отвода неожиженного газа продукционного потока подсоединены к выходам соответственно бустера-компрессора и теплообменника предварительного захолаживания с возможностью направления неожиженного потока газа в сеть низкого давления, а в электрогенераторе турбодетандерной установки подключены диодные мосты с возможностью получения напряжения постоянного тока, причем электрогенератор турбодетандерной установки связан электрической связью с электронагревателями газа регенерации в блоке осушки низкого давления, в блоке осушки высокого давления, в блоке очистки высокого давления с возможностью выдачи электроэнергии с напряжением и частотой тока выше промышленных, помимо этого электрогенератор турбодетандерной установки связан электрической связью, с возможностью выдачи электроэнергии промышленного напряжения и частоты после преобразования, с агрегатами установки, потребляющими электроэнергию, с возможностью обеспечения нулевого потребления электроэнергии от внешних источников электрообеспечения для производства сжиженного природного газа.A liquefied natural gas production plant connected to a natural gas supply source, comprising the following units connected by natural gas supply and outlet pipelines: a unit of inlet devices with gas metering, a booster compressor, high and low pressure drying units, a high pressure cleaning unit, coiled two-flow heat exchangers: a pre-cooling heat exchanger, an external cold source heat exchanger, an end heat exchanger and a pre-cooling heat exchanger of the natural gas of a turboexpander unit, a turboexpander unit with an electric generator, as well as an ejector, an unloading unit, high and low pressure separators, in which the main pipeline with a flow of natural gas from the natural gas supply source is connected to the inlet of the unit of inlet devices with gas metering, at the outlet of which the main pipeline with a flow of natural gas is divided into two pipelines: a production flow pipeline and a process flow pipeline, wherein the process flow pipeline is connected to the inlet of the low pressure drying unit and is then connected in series with the possibility of sequentially passing through a heat exchanger for pre-cooling natural gas of a turboexpander unit, a turboexpander unit, a heat exchanger of an external cold source and again through the heat exchanger for pre-cooling natural gas of a turboexpander unit, to one of the outputs of which a pipeline for removing unliquefied gas of the process flow is connected with the possibility of directing the unliquefied gas flow into the low-pressure network, and the pipeline of the production flow is connected to the inlet of the booster compressor and is then connected in series with the possibility of successive passage through a high-pressure drying unit, a high-pressure cleaning unit, a pre-cooling heat exchanger, a heat exchanger of an external cold source, an end heat exchanger, an ejector, high and low pressure separators, an unloading unit for supplying liquefied natural gas to the consumer, wherein the pipeline of the vapor phase from one of the outputs of the high-pressure separator is connected to the inlet of the end heat exchanger and is then connected in series with the possibility of successive passage through the pre-cooling heat exchanger with the possibility of heating the vapor phase from the heat of the production gas flow, also, the pipeline of the vapor phase from one of the outlets of the low-pressure separator it is connected to the inlet of the suction chamber of the ejector with the possibility of connecting with the production gas flow, in addition, the first and second pipelines for removing unliquefied gas from the production flow are connected to the outlets of the booster-compressor and the preliminary cooling heat exchanger, respectively, with the possibility of directing the unliquefied gas flow into the low-pressure network, and in the electric generator of the turboexpander unit, diode bridges are connected with the possibility of obtaining a direct current voltage, wherein the electric generator of the turboexpander unit is electrically connected with the electric heaters of the regeneration gas in the low-pressure drying unit, in the high-pressure drying unit, in the high-pressure cleaning unit with the possibility of generating electric power with a voltage and frequency higher than the industrial ones, in addition, the electric generator of the turboexpander unit is electrically connected, with the possibility of generating electric power of industrial voltage and frequency after conversion, with the units of the unit consuming electric power, with the possibility of ensuring zero consumption of electric power from external power supply sources for the production of liquefied natural gas.
RU2024132028A 2024-10-24 Liquefied natural gas production plant RU2840008C9 (en)

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2840008C1 RU2840008C1 (en) 2025-05-15
RU2840008C9 true RU2840008C9 (en) 2026-01-26

Family

ID=

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008139534A1 (en) * 2007-04-27 2008-11-20 Hitachi, Ltd. Natural gas liquefaction plant, and relevant power supply system, control unit and operating method
RU2629047C1 (en) * 2016-10-17 2017-08-24 Игорь Анатольевич Мнушкин Complex for liquefaction, storage and offloading of natural gas
RU2665787C1 (en) * 2017-07-21 2018-09-04 Юрий Васильевич Белоусов Natural gas liquefaction complex at a gas distribution station
RU2673642C1 (en) * 2017-10-20 2018-11-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Natural gas (lng) liquefaction installation under conditions of the gas distribution station (gds)
RU2714088C1 (en) * 2019-04-25 2020-02-11 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром СПГ технологии" Natural gas liquefaction complex (versions)

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2008139534A1 (en) * 2007-04-27 2008-11-20 Hitachi, Ltd. Natural gas liquefaction plant, and relevant power supply system, control unit and operating method
RU2629047C1 (en) * 2016-10-17 2017-08-24 Игорь Анатольевич Мнушкин Complex for liquefaction, storage and offloading of natural gas
RU2665787C1 (en) * 2017-07-21 2018-09-04 Юрий Васильевич Белоусов Natural gas liquefaction complex at a gas distribution station
RU2673642C1 (en) * 2017-10-20 2018-11-28 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский горный университет" Natural gas (lng) liquefaction installation under conditions of the gas distribution station (gds)
RU2714088C1 (en) * 2019-04-25 2020-02-11 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром СПГ технологии" Natural gas liquefaction complex (versions)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
AU2003272747B2 (en) LNG system and process with electrically powered refrigerant compressors and combined power generation cycle
RU2636966C1 (en) Method for production of liquefied natural gas
US10655913B2 (en) Method for energy storage with co-production of peaking power and liquefied natural gas
RU2749931C2 (en) Natural gas liquefaction plant that uses mechanical cooling and liquid nitrogen cooling
GB2288868A (en) Liquefaction of natural gas by expansion and refrigeration
US20140260251A1 (en) Combined Heat and Power Technology for Natural Gas Liquefaction Plants
EP4444997B1 (en) Power generation and storage
RU2840008C9 (en) Liquefied natural gas production plant
US20220082092A1 (en) Method for Operating a Liquid Air Energy Storage
RU2719533C1 (en) Method for production of liquefied natural gas and compressed natural gas at a gas distribution station and a complex (versions) for its implementation
RU2840008C1 (en) Liquefied natural gas production plant
US11598578B2 (en) Low pressure ethane liquefaction and purification from a high pressure liquid ethane source
RU2079041C1 (en) Method of recovery of energy of gas technological pressure drop in transportation systems and device for realization of this method
Voronov et al. Energy-efficient small-scale liquefied natural gas production technology for gas distribution stations
CN215676067U (en) Liquid air production device utilizing LNG cold energy
RU2783611C1 (en) Plant for the production of liquefied natural gas
RU2814313C1 (en) Device for preparing hydrocarbon gas for transport
RU2770777C1 (en) "mosenergo-turbokon" method for liquishing, storing and gasification of natural gas
RU2805403C1 (en) Method for producing liquefied natural gas at gas pipeline compressor station
CN115217540B (en) Cascade coupling system for power generation and cold storage ice making to recover LNG cold energy
RU2753205C1 (en) System for the production of electricity, liquefied and compressed natural gas at gas distribution station
RU2806868C1 (en) Energy complex for generating thermal and electrical energy and its method of operation (variant)
RU2784139C1 (en) Installation for obtaining liquefied natural gas (options)
RU2772632C1 (en) Method for producing liquefied natural gas
RU2812844C1 (en) Natural gas liquefaction system at compressor station of main gas pipeline