Спосіб зрідження газового потоку з високим вмістом метану (варіанти)

1 Спосіб зрідження газового потоку з високим вмістом метану, що подається під тиском вище приблизно 3100 кПа, який відрізняється тим, що включає в себе наступні етапи - розширення газового потоку (11) до більш низького тиску для утворення газової фази та рідкого продукту з високим вмістом метану, температура якого перевищує приблизно -112°С, а тиск достатній для того, щоб рідкий продукт знаходився в точці початку кипіння або нижче, - фазове розділення (40) газової фази та рідкого продукту з високим вмістом метану, та - введення рідкого продукту з високим вмістом метану в засіб зберігання (90) для зберігання при температурі вище приблизно -112°С 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що додатково включає в себе охолодження газового потоку (11) до здійснення розширення газового потоку (11) до більш низького тиску 3 Спосіб за п 2, який відрізняється тим, що додатково включає в себе охолодження газового потоку (11) в теплообміннику (236, 237), який охолоджується системою охолодження (238) із замкнутим циклом 4 Спосіб за п 3, який відрізняється тим, що система охолодження (238) із замкнутим циклом як основний хладагент використовує пропан 5 Спосіб за п 3, який відрізняється тим, що система охолодження (238) із замкнутим циклом як основний хладагент використовує дюксид вуглецю 6 Спосіб за п 2, який відрізняється тим, що додатково включає в себе етап охолодження газового потоку шляхом теплообміну з фазово розділеним газом, в результаті чого відбувається нагрівання газової фази 7 Спосіб за п 6, який відрізняється тим, що додатково включає в себе стиснення нагрітої газової фази, охолодження стиснутої газової фази та повертання охолодженої стиснутої газової фази в газовий потік (11) для рециркуляції 8 Спосіб за п 6, який відрізняється тим, що додатково включає в себе охолодження газового потоку в теплообміннику, який охолоджується системою охолодження із замкнутим циклом, що випереджає етап охолодження стиснутої газової фази 9 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що додатково включає в себе об'єднання газового потоку з випарами газів, які виникають у результаті випаровування зрідженого природного газу, що випереджає зрідження газового потоку 10 Спосіб за п 1, в якому газовий потік (11) містить метан та вуглеводневі компоненти, більш важкі ніж метан, який відрізняється тим, що додатково включає в себе видалення основної частини більш важких вуглеводнів шляхом фракціонування для утворення парового потоку з високим вмістом метану та рідинного потоку з високим вмістом більш важких вуглеводнів, після чого паровий потік зріджується шляхом розширення ВІДПОВІДНО до етапу розширення газового потоку (11) до більш низького тиску для утворення газової фази та рідкого продукту з високим вмістом метану 11 Спосіб за п 10, який відрізняється тим, що додатково включає в себе охолодження газового потоку, що випереджає фракціонування газового потоку 12 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що зрідження газового потоку здійснюється без допомоги системи охолодження із замкнутим циклом 13 Спосіб зрідження газового потоку (201) з високим вмістом метану, що подається під тиском вище приблизно 3100 кПа до метановідпнної колони (231), що виробляє паровий потік (207) з високим вмістом метану та рідинний потік (206) із зменшеним вмістом метану, який відрізняється тим, що включає в себе такі етапи О ю 00 о ю 57085 - пропускання парового потоку (207) з високим вмістом метану через теплообмінник (240) для отримання нагрітого парового потоку (208) та стиснення (241) нагрітого парового потоку для додаткового стиснення парового потоку, - охолодження (242) стиснутого потоку, - розгалуження охолодженого стиснутого потоку на перший охолоджений потік (211) та другий охолоджений потік (213) та пропускання першого охолодженого потоку через теплообмінник (240) для додаткового охолодження першого охолодженого потоку, - розширення (245) першого охолодженого потоку для утворення газової та рідкої фаз, - фазове розділення (246) газової та рідкої фаз, отриманих за допомогою розширення першого охолодженого потоку, в результаті чого утворюється перша парова фаза (216) та зріджений газ (217) з високим вмістом метану, температура якого перевищує приблизно -112°С, а тиск достатній для того, щоб зріджений газ із високим вмістом метану знаходився в точці початку кипіння або нижче, - розширення (248) другого охолодженого потоку до більш низького тиску, в результаті чого він додатково охолоджується з утворенням газової та рідкої фаз, і - фазове розділення (249) газової та рідкої фаз, утворених за допомогою розширення другого охолодженого потоку, в результаті чого отримуються друга парова фаза (215) та зріджений газ (214) із високим вмістом метану, температура якого перевищує приблизно -112°С, а тиск достатній для того, щоб зріджений газ знаходився в точці початку кипіння або нижче 14 Спосіб за п 13, який відрізняється тим, що додатково включає в себе об'єднання другої парової фази (215) з паровим потоком (207) із високим вмістом метану, що подається з метановідпнної колони (231), та пропускання об'єднаного газового потоку через теплообмінник (240) 15 Спосіб за п 13, який відрізняється тим, що додатково включає в себе об'єднання першої та другої парових фаз (216, 215) та пропускання об'єднаного газового потоку через теплообмінник (240) 16 Спосіб за п 14, який відрізняється тим, що охолодження стиснутого нагрітого парового потоку, отриманого шляхом пропускання парового потоку із високим вмістом метану через теплообмінник, здійснюється шляхом непрямого теплообміну (243) з хладагентом системи охолодження з замкнутим циклом (238) 17 Спосіб за п 13, який відрізняється тим, що додатково включає пропускання рідинного потоку (206) із зменшеним вмістом метану до принаймні однієї фракціонуючої колони (250), яка виробляє верхній паровий потік (218), та об'єднання верхнього парового потоку (218), виробленого фракціонуючою колоною, з нагрітим паровим потоком (208), виробленим за допомогою пропускання парового потоку (207) із високим вмістом метану через теплообмінник 18 Спосіб за п 13, який відрізняється тим, що додатково включає етап уведення в паровий потік (207) із високим вмістом метану випарів газу (224), які виникають у результаті випаровування зрідженого газу, та пропускання об'єднаного газового потоку через теплообмінник (240) Цей винахід відноситься до процесу зрідження природного газу, зокрема, до процесу виробництва зрідженого природного газу під тиском /ЗПГТ/ Передумови винаходу Природний газ в останні роки почали широко використовувати завдяки його якості чистого згорання та зручності Багато джерел природного газу розміщенні у віддалених областях, на величезних відстанях від будь-яких ринків збуту В деяких випадках для транспортування добутого природного газу до ринку збуту використовують трубопровід Коли транспортування по трубопроводу неможливе, добутий природний газ, як правило, переробляють у зріджений природний газ /який називається ЗПГ/ для доставки до ринку Однією ІЗ ВІДМІННИХ рис станцій ЗПГ є той факт, що станція потребує великого об'єму капітальних витрат Для зрідження природного газу звичайно використовується устаткування, яке дорого коштує Станція зрідження складається із декількох основних систем, включаючи апаратуру очищення, призначену для видалення домішок, апаратуру зрідження, охолодження, енергетичну апаратуру, апаратуру зберігання та завантаження на судно Хоч вартість станції ЗПГ може дуже сильно залежати від місцезнаходження станції, ти повий проект загальноприйнятого ЗПГ може коштувати від 5 до 10 млрд доларів США, включаючи вартість підготовки родовища Системи охолодження, які застосовують на станції, можуть складати до ЗО процентів вартості При розробці станції ЗПГ необхідно виходити із трьох найбільш важливих міркувань 1) вибір циклу зрідження, 2) матеріали, які використовують для виготовлення ємностей, трубопроводів та іншого устаткування і 3) етапи процесу перетворення потоку природного газу, що подається, в ЗПГ Висока вартість систем охолодження, які використовують на станції ЗПГ, пояснюється тим, що для зрідження природного газу необхідно досить сильне охолодження Звичайний потік природного газу поступає на станцію ЗПГ під тиском приблизно від 4830кПа (700фн-с/кв д абс (абсолютний тиск в фунтах на квадратний дюйм)) до 7600кПа (1100фн-с/кв д абс) та при температурі, приблизно, від 20°С (68°F) до 40°С (104°F) Природний газ, який складається головним чином із метану, неможливо зріджувати шляхом простого збільшення тиску, як у випадку більш важких вуглеводнів, які використовують в енергетичних цілях Критична температура метану дорівнює -82,5°С (116,5°F) Це значить, що метан можна зріджувати тільки 57085 прибільш низькій температурі, незалежно від тиску, який прикладають Оскільки природний газ є сумішшю газів, він зріджується в деякому діапазоні температур Критична температура природного газу знаходиться приблизно між -85°С (-121°F) та 62°С (-80°F) Звичайно, зрідження природного газу різного складу проводять при атмосферному тиску в діапазоні температур, приблизно, між -65°С (265°F) та -155°С (-247°F) Оскільки охолоджуюче устаткування складає значну частину з вартості апаратури ЗПГ, для зниження вартості охолодження вживають значні зусилля Хоча існує безліч циклів охолодження, які можна використовувати для зрідження природного газу, в даний час на станціях ЗПГ найбільш загальноприйнятими являються три типа циклів 1) "каскадний цикл", в якому використовується сукупність однокомпонентних хладагентів у теплообмінниках, які установленні один за другим, з метою зниження температури газу до температури зрідження, 2) "цикл багатокомпонентного охолодження", в якому використовується багатокомпонентний хладагент, у теплообмінниках особливої конструкції, та 3) "розширюючий цикл", у якому газ розширюється з пониженням тиску від високого до низького при відповідному зниженні температури В більшості циклів зрідження природного газу використовуються варіанти або поєднання цих трьох ОСНОВНИХ ТИПІВ В основі роботи розширюючої системи лежить той принцип, що газ можна стиснути до вибраного тиску, охолодити, а потім дозволити йому розширитися через розширюючу турбіну, щоб, таким чином, газ здійснював роботу, і температура газу знижувалась Таке розширення дає можливість зрідити частину газу Потім низькотемпературний газ подають у теплообмінник з метою зрідження газу, який подають Потужність, яку отримують при розширенні, звичайно використовують для часткового відшкодування основної потужності, витраченої на стискання, яке використовується в циклі охолодження Приклади розширюючих процесів для виробництва ЗПГ розглянуті в патентах США № 3,724,226, 4,456,459, 4,698,081, та WO 97/13109 Матеріали, які використовують у загальноприйнятих станціях ЗПГ, також вносять свій внесок у вартість станції Ємності, труби та інше устаткування, які використовуються на станціях ЗПГ, звичайно виробляють хоч би частково, із алюмінію, нержавіючої сталі або сталі з високим вмістом нікелю, щоб забезпечити високу межу МІЦНОСТІ та в'язкості на злам при низьких температурах У загальноприйнятих станціях ЗПГ вода, дюксид вуглецю, сполуки сірки, наприклад сірководень та ІНШІ кислотні гази, н-пентан та більш важкі вуглеводні, включаючи бензол, підлягають практично повному видаленню із обробки природного газу до рівня частин на мільйон (ч/млн) Деякі з цих сполук замерзають, створюючи проблеми закупорки устаткування процесу Інші сполуки, наприклад сполуки сірки, як правило, видаляються, щоб задовольнити продажним специфікаціям У загальноприйнятій станції ЗПГ, для видалення дюксиду вуглецю та кислотних газів, потрібне устаткування очищення газу Устаткування очи щення газів, як правило, використовує відновний процес ХІМІЧНОГО та/або фізичного розчинника і вимагає значних капітальних затрат Крім того, високі експлуатаційні витрати Для видалення водяних парів необхідні сушарки з сухим прошарком, наприклад молекулярні фільтри Для видалення вуглеводнів, які нерідко створюють проблеми закупорки, як правило, використовуються газопромивальна колона та фракціонуюче устаткування В загальноприйнятій станції ЗПГ також видаляють ртуть, оскільки вона може викликати відмови устаткування, виконаного із алюмінію Крім того, після очищення видаляють більшу частину азоту, який може бути присутній у природному газі, оскільки азот при транспортуванні загальноприйнятого ЗПГ не залишиться в рідкій фазі, а наявність парів азоту в ємностях з ЗПГ в пункті поставлення вельми небажано В патенті US 5,036,671, опублікованому 6 серпня 1991 року, розглянуто виробництво зрідженого природного газу (ЗПГ) способом, у якому подається потік природного газу під тиском, який перевищує атмосферний, бажано від 2065кПа (ЗООфнс/кв д абс) до 4477кПа (650фн-с/кв д абс), але в результаті якого виробляється зріджений природний газ з високим вмістом метану під тиском, що дорівнює або близький до атмосферного, способом багатоступеневого розширення Температура ЗПГ, як правило, нижча ніж близько -155°С У зв'язку з тим, що ЗПГ, який виробляється згідно з цим способом, знаходиться під низьким тиском та температурою, для зрідження потрібна велика КІЛЬКІСТЬ енергії, а також тут є недолік, який полягає в тому, що тільки низькі рівні концентрації компонентів, що заморожуються, можуть бути допущені в газовому потоці, що подається Промисловість відчуває постійну необхідність в удосконаленні способу зрідження природного газу, який мінімізував би КІЛЬКІСТЬ необхідного устаткування очищення ВІДПОВІДНО, задача цього винаходу полягає в тому, щоб надати вдосконалену систему зрідження для зрідження або повторного зрідження природного газу Друга задача винаходу полягає в тому, щоб створити удосконалений спосіб зрідження, в який би потребував значно меншу потужність стиснення, ніж у способах, ВІДПОВІДНИХ рівню техніки Ще одна задача винаходу полягає в тому, щоб надати удосконалений спосіб зрідження, економічний та ефективний в експлуатації, так як охолодження до дуже низьких температур, характерне до загальноприйнятого процесу ЗПГ, є досить дорогим у порівнянні з відносно помірним охолодженням, необхідним при виробництві ЗПГТ, у ВІДПОВІДНОСТІ із здійсненням даного винаходу Короткий зміст винаходу Вказані вище задачі вирішує запропанований винахід Винахід відноситься до удосконаленого способу зрідження потоку газу, з високим вмістом метану, який подається Потік газу, що подається, має тиск, що перевищує приблизно 3100 кПа (450фн-с/кв д абс) Якщо тиск дуже низький, газ можна спочатку стиснути Газ зріджується шляхом розширення під тиском із застосуванням належного засобу розширення для створення рідкого про 57085 дукту, температура якого перевищує приблизно 112°С (-170Т), а тиску досить, щоб температура рідкого продукту відповідала точці початку кипіння або більш низькій температурі Перед розширенням газ краще охолоджувати рециркулюючим паром, який, пройшовши через засіб розширення, не перетворився в рідину Фазовий сепаратор ВІДДІЛЯЄ рідкий продукт від газів, не зріджених засобом розширення Рідкий продукт, що виходить із фазового сепаратора, направляють на зберігання або транспортування при температурі, що перевищує приблизно -112°С (-170°F) Згідно З другим варіантом реалізації винаходу спосіб зрідження газового потоку з високим вмістом метану, що подається під тиском вище приблизно ЗІООкПа (450фн-с/кв д абс) (д) до метаноВІДПННОІ колонки, що виробляє паровий потік з високим вмістом метану та рідинний потік із зменшеним вмістом метану, згідно з винаходом включає в себе такі етапи пропускання парового потоку з високим вмістом метану через теплообмінник для отримання нагрітого парового потоку та стиснення нагрітого парового потоку для додаткового стиснення парового потоку, охолодження стиснутого потоку, розгалуження охолодженого стиснутого потоку на перший охолоджений потік та другий охолоджений потік та пропускання першого охолодженого потоку через теплообмінник для додаткового охолодження першого охолодженого потоку, розширення першого охолодженого потоку для утворення газової та рідкої фаз, фазове розділення газової та рідкої фаз, отриманих за допомогою розширення першого охолодженого потоку, в результаті чого утворюється перша парова фаза та зріджений газ з високим вмістом метану, температура якого перевищує приблизно -112°С, а тиск достатній для того, щоб зріджений газ із високим вмістом метану знаходився в точці початку кипіння або нижче, розширення другого охолодженого потоку до більш низького тиску, в результаті чого він додатково охолоджується з утворенням газової та рідкої фаз, і фазове розділення газової та рідкої фаз, утворених за допомогою розширення другого охолодженого потоку, в результаті чого отримуються друга парова фаза та зріджений газ із високим вмістом метану, температура якого перевищує приблизно -112°С, а тиск достатній для того, щоб зріджений газ знаходився в точці початку кипіння або нижче Крім того, якщо газовий потік містить метан та вуглеводневі компоненти, більш важкі ніж метан, то згідно зі способом здійснюється видалення основної частини більш важких вуглеводнів шляхом фракціонування для утворення парового потоку з високим вмістом метану та рідинного потоку з високим вмістом більш важких вуглеводнів, після чого паровий потік зріджується шляхом розширення ВІДПОВІДНО до етапу розширення газового потоку до більш низького тиску для утворення газової Згідно ще одному варіанту випарений газ, що утворився в результаті випаровування зрідженого природного газу, можна додавати до газу, що по 8 дається для зрідження шляхом розширення під тиском з метою виробництва зрідженого природного газу під тиском (ЗПГТ) Спосіб, що відповідає даному винаходу, можна використати як для початкового зрідження природного газу на джерелі подачі для зберігання або транспортування, так і для повторного зрідження парів природного газу, які утворилися в процесі зберігання та завантаження на судно ВІДПОВІДНО, мета цього винаходу полягає в тому, щоб надати вдосконалену систему зрідження для зрідження або повторного зрідження природного газу Друга мета винаходу полягає в тому, щоб надати удосконалену систему зрідження, в якій потрібна значно менша потужність стиснення, ніж у системах, ВІДПОВІДНИХ рівню техніки Ще одна мета винаходу в тому, щоб надати удосконалений спосіб зрідження, економічний та ефективний в експлуатації Охолодження до дуже низьких температур, характерне до загальноприйнятого процесу ЗПГ, є досить дорогим у порівнянні з відносно помірним охолодженням, необхідним при виробництві ЗПГТ, у ВІДПОВІДНОСТІ із здійсненням даного винаходу Короткий опис креслень Даний винахід та його достоїнства можна краще зрозуміти з посиланням на нижченаведені подробиці опису та прикладені фігури, які є схематичними діаграмами потоків, що відповідають ілюстративним варіантам реалізації цього винаходу Фіг 1 є схематичною діаграмою потоків, яка відповідає одному варіанту реалізації цього винаходу та ілюструє виробництво ЗПГТ Фіг 2 є схематичною діаграмою потоків, яка відповідає другому варіанту реалізації цього винаходу, згідно з яким природний газ попередньо охолоджується за допомогою систем охолодження з замкнутим циклом до того, як здійснюється зрідження природного газу розширенням під тиском Фіг 3 є схематичною діаграмою потоків, яка відповідає третьому варіанту реалізації цього винаходу, згідно якому природний газ, що подається, фракціонується перед зрідженням в ЗПГТ Фіг 4 є схематичною діаграмою потоків, яка відповідає четвертому варіанту реалізації цього винаходу, яка представляє процес, аналогічний процесу, зображеному на фіг 3, в якому для виробництва ЗПГТ використовується система охолодження із замкнутим циклом та розширення під тиском Схематичні діаграми потоків, зображені на фігурах, показують різні варіанти здійснення процесу, який відповідає цьому винаходу Ці фігури не призначені для виключення із об'єму винаходу інших варіантів реалізації, які є результатом нормальних та очікуваних модифікацій цих конкретних варіантів реалізації РІЗНІ необхідні підсистеми, якот насоси, клапани, змішувачі потоків, системи управління та датчики, вилучені з фігур з метою спрощення та ЧІТКОСТІ пояснень Опис переважних варіантів реалізації Даний винахід є удосконаленим процесом зрідження природного газу шляхом розширення під тиском для виробництва рідкого продукту з високим вмістом метану, температура якого вище приблизно -112°С (-170°F), а тиск достатній для того, щоб рідкий продукт знаходився в точці почат 57085 ку кипіння або нижче Цей продукт з високим вмістом метану називається в цьому описі зрідженим природним газом під тиском (ЗПГТ) Термін "точка початку кипіння" відповідає температурі та тиску, за яких рідина починає перетворюватися на газ Наприклад, якщо деякий об'єм ЗПГТ підтримувати при постійному тиску і при цьому збільшувати його температуру, то температура, при якій почнуть утворюватись бульбашки газу, буде точкою початку кипіння Аналогічно, якщо деякий об'єм ЗПГТ підтримувати при ПОСТІЙНІЙ температурі і при цьому знижувати тиск, то тиск, при якому почне виділятися газ, визначає точку початку кипіння В точці початку кипіння суміш являється насиченою рідиною В процесі зрідження газу, що відповідає даному винаходу, для зрідження природного газу необхідна менша потужність, ніж у процесах, які використовувались раніше, та устаткування, яке використовується в процесі, що відповідає даному винаходу, можна виробляти із матеріалів, які коштують менше Навпаки, для здійснення процесів, ВІДПОВІДНИХ рівню техніки, в яких ЗПГ виробляється при атмосферному тиску та досить низьких температурах, наприклад -160°С (-256°F), для безпечної експлуатації необхідне устаткування, вироблене з матеріалів, які дорого коштують Енергія, необхідна для зрідження природного газу при здійсненні цього винаходу, значно нижча в порівнянні з тією енергією, яку використовує загальноприйнята станція ЗПГ Зниження потреби в енергії охолодження, необхідній для процесу, ВІДПОВІДНОГО даному винаходу, приводить до значного зниження капітальних затрат, пропорційному зниженню експлуатаційних витрат і підвищенню ефективності та надійності, що дає значну економію при виробництві зрідженого природного газу При робочих тисках та температурах, передбачених даним винаходом, труби та апаратура, які використовуються в найхолодніших областях, можуть бути виготовлені з сталі з вагомим вмістом нікелю 31/2%, в той час як для того ж устаткування в загальноприйнятому процесі ЗПГ звичайно потрібна більш дорога сталь з 9%-ним ваговим вмістом нікелю або алюмінію Це забезпечує ще одне суттєве зниження вартості процесу, ВІДПОВІДНОГО даному винаходу, в порівнянні з процесами ЗПГ, ВІДПОВІДНИМИ рівню техніки Перше, що необхідно ураховувати при кріогенній обробці природного газу, це домішки Вихідна сировина для процесу, ВІДПОВІДНОГО даному винаходу, а саме сирий природний газ, який подається, може бути природним газом, одержаним із свердловини сирої нафти (попутний газ) або газової свердловини (не попутний газ) Склад природного газу може бути найрізнішим У даному випадку припускається, що головним компонентом потоку природного газу є метан (СІ) Як правило, природний газ містить також етан (Сг), вищі вуглеводні (Сз+) та незначні КІЛЬКОСТІ таких домішок, як вода, дюксид вуглецю, сірководень, азот, бутан, вуглеводні, які містять шість і більше атомів вуглецю, бруд Сульфід заліза, парафін та сиру нафту Розчинність ЦИХ ДОМІШОК залежить від температури, тиску та складу При кріогенних температурах СОг, вода та ІНШІ ДОМІШКИ можуть утворювати час 10 тинки твердої речовини, які будуть закупорювати канали кріогенних теплообмінників Цих потенціальних труднощів можна запобігти шляхом видалення подібних домішок, якщо, виходячи із діаграми температура-тиск для відповідної речовини у чистому вигляді, витікає, що за даних умов його стан буде знаходитися в межах твердої фази В нижченаведеному описі винаходу припускається, що потік природного газу був належним чином очищений для видалення води з використанням загальноприйнятих та широковідомих процесів для одержання "чистого, сухого" потоку природного газу Якщо потік природного газу містить важкі вуглеводні, які можуть вимерзати в процесі зрідження, або якщо в складі ЗПГТ небажано мати важкі вуглеводні, важкі вуглеводні можна виділити за допомогою процесу фракціонування до виробництва ЗПГТ, яке більш докладно описане нижче Одна перевага даного винаходу полягає в тому, що при більш високих робочих температурах у складі природного газу припустимі більш високі рівні концентрації компонентів, що заморожуються, ніж у загальноприйнятому процесі ЗПГ Наприклад, на загальноприйнятій станції ЗПГ, яка виробляє ЗПГ за -160°С (-256°F), щоб запобігти проблем замерзання вміст СОг повинен бути нижче, приблизно 50 ч/млн Навпаки при підтримані температур процесу вище приблизно -112°С (170Т), природний газ може містити СОг на рівні біля 1 4 молярних % СОг при температурі -112°С (170°F) та близько 4 2% при -95°С (-139°F), і при цьому процес зрідження, ВІДПОВІДНИЙ даному винаходу, не стикається з проблемою замерзання Крім того, при наявності в природному газі помірної КІЛЬКОСТІ азоту, процес, ВІДПОВІДНИЙ даному винаходу, не передбачає видалення азоту, оскільки при робочих тисках та температурах, ВІДПОВІДНИХ даному винаходу, азот буде залишатися в рідкій фазі разом із зрідженими вуглеводнями Можливість обмеженого застосування, а в деяких випадках, коли дозволяє склад природного газу, і виключення устаткування, необхідного для очищення газу і видалення азоту, дає суттєві технічні та економічні переваги Ці та ІНШІ переваги винаходу можна краще зрозуміти з посиланням на фігури Згідно фіг1, потік 10 природного газу, що подається, піддають процесу зрідження під тиском, переважно, перевищеним біля ЗЮОкПа (450фнс/кв д абс) та, більш переважно, перевищеним біля 4827кПа (700фн-с/кв д абс) та, переважно, при температурах нижче біля 40°С (104°F), проте, при бажані, можна використати ІНШІ ТИСКИ та температури, і, ВІДПОВІДНО, спеціалісти в даній галузі, вивчивши основні ідеї цього винаходу, можуть належним чином модифікувати систему Якщо газовий потік 10 знаходиться під тиском, меншим, приблизно, 3102кПа (450фн-с/кв д абс), його можна стиснути придатним засобом стиснення (не показано), яке може заключати в собі один або декілька компресорів Потік 10, що подається та знаходиться під тиском, охолоджується одним або кількома теплообмінниками 20 Потім охолоджений потік 11 розширяють за допомогою хоч одного придатного засобу розширення ЗО Розширювач може являти собою 12 11 57085 турборозширювач промислового типу, на валу дити із процесу після того, як воно нагріється в якого можуть знаходитись ВІДПОВІДНІ компресори, теплообміннику 20 насоси або генератори, які дозволяють перетвоНа фіг 2 зображений другий варіант реалізації рювати роботу, отриману із розширювача, в корипроцесу, ВІДПОВІДНОГО даному винаходу, і в цьому сну механічну та/або електричну енергію, забезпеваріанті реалізації деталі, позначені тими ж цифчуючи тим самим суттєву економію енергії в рами, що й на фіг 1, виконують у процесі ті ж самі цілому по системі функції Проте спеціалістам у даній галузі ясно, що в залежності від варіанту реалізації, устаткування Засіб розширення ЗО зріджує в крайньому разі процесу може мати ті або ІНШІ габарити та продукчастину потоку 11 природного газу, утворюючи тивність, ВІДПОВІДНІ різним витратам текучого сепотік 12 Потік 12 поступає в загальноприйнятий редовища, температурам та складам Варіант рефазовий сепаратор 40, який утворює потік 13 рідалізації, зображений на фіг 2, аналогічний варіанту кого продукту, який представляє собою ЗПГТ, тереалізації, описаному з посиланням на фіг1, за мпература якого вище приблизно -112°С (-170°), а винятком того, що в даному випадку, для додаткотиск достатній, щоб рідкий продукт знаходився в вого охолодження потоку 10, який подають, петочці початку кипіння або нижче ЗПГТ поступає в редбачений теплообмінник 70 Згідно цьому варіаналежний засіб зберігання або транспортування нту реалізації, наведеному на фіг 2, 90 (наприклад, трубопровід, стаціонарний резеррециркулюючий потік 14 зменшується, в результавуар для зберігання, або транспортний засіб, наті чого необхідна менша потужність у порівнянні з приклад танкер, автоцистерну або залізничну цисваріантом реалізації, приведеному на фіг 1 Охотерну), де підтримується його температура, що лодження в теплообміннику 70 здійснюється за перевищує приблизно -112°С (-170°F) Щоб рідкий рахунок загальноприйнятої системи охолодження продукт залишався в рідкій фазі, температура по80 із замкнутим циклом винна бути нижче критичної температури продукту, яка як правило не перевищує -62°С (-80°F) На фіг 3 зображений ще один варіант реалізаСепаратор 40 виробляє також верхній паровий ції даного винаходу Цей варіант реалізації вклюпотік 14, який проходить через теплообмінник 20, чає в себе систему для видалення важких вугледе паровий потік 14 охолоджує потік 10, що подаводнів та конструкцію розгалуження потоку газу, ється Потім ОДИН або декілька компресорів стисякий знаходиться під тиском, безпосередньо пекають паровий потік 15 На фіг 1 зображений перед кінцевими ступенями зрідження Ця конструкреважний варіант використання одного ція розгалуження потоку дозволяє знижувати загакомпресора 50 для повторного стиснення рецирльну потребу в потужності в порівнянні з варіантом кулюючого пару приблизно до тиску входячого реалізації, зображеному на фіг 2, за рахунок ефекпотоку 10, що подається Проте при реалізації цьотивного використання головного теплообмінника го винаходу можна використати додаткові компрезрідження 142 Конструкція розгалуження потоку сори Стиснений газовий потік 16 охолоджується в також дозволяє здійснити більш гнучке оперативне теплообміннику 60 для відновлення теплових веуправління при ЗМІНІ КІЛЬКОСТІ випарів газу, які виличин і використання де-небудь ще, або подібне никають в операціях завантаження та вивантаохолодження може виконуватись з використанням ження ЗПГ або ЗПГТ Згідно фіг 3 потік 100, який повітря або води При виході з теплообмінника 60 подається, поступає в сепаратор 130, де потік охолоджений паровий потік 17 з'єднується з поторозділяється на два окремих потоку паровий потік ком 10 для рециркуляції Згідно ЦЬОГО варіанту 101 та рідинний потік 102 Хоч це не показано на реалізації для зрідження потоку, що подається, не фіг 3, до подання в сепаратор 130 потік 100, який потрібна система охолодження з замкнутим цикподають, можна охолодити за допомогою будьлом якої придатної системи охолодження Рідинний При зберіганні та транспортуванні зрідженого природного газу, як і при інших маніпуляціях, може виникнути значна КІЛЬКІСТЬ "випарів", тобто пари, яка з'являється в результаті випаровування зрідженого природного газу Цей винахід особливо придатний для зрідження випаровувань, народжених ЗПГТ Згідно фіг 1 випаровування можна вводити в процес зрідження через ЛІНІЮ 18 для об'єднання з паровим потоком 14, який рециркулює, згідно описаному вище Тиск випареної пари, переважно, повинен бути рівним або близьким до тиску газового потоку 14 Якщо випари знаходяться під тиском нижчим, ніж тиск потоку 14, випари стискаються за допомогою загальноприйнятого засобу стиснення (не показано на фіг 1) Незначну частину парового потоку 15 можна, при бажані, виводити із процесу в якості палива (потік 19) для виробництва частини потужності, необхідної для приведення в дію компресорів та насосів у процесі зрідження Хоч цю незначну частину можна вилучати із процесу в будь-якій точці після виходу сепаратора 40, паливо краще виво потік 102 поступає в загальноприйнятий деметанізатор 131 Паровий потік 101 пропускають через два або більше компресорів та охолоджувачів для підвищення тиску парового потоку 101від тиску газу, що подається, від приблизно 10343кПа (1500фн-с/кв д абс) На фіг 3 зображений ланцюг двох компресорів 132 та 133, призначених для стиснення газу, та загальноприйнятих теплообмінників 134,135, призначених для охолодження стисненого газу після кожного ступеня стиснення Після виходу з теплообмінника 135 паровий потік 101 поступає у вторинний випарник 136, де одержує додаткове охолодження за рахунок рідини, одержаної в деметанізаторі 131 Із вторинного випарника 136 охолоджений потік 101 поступає в загальноприйнятий фазовий сепаратор 137 Паровий потік 103 із сепаратора 137 розширяється за допомогою загальноприйнятого турборозширювача 138, завдяки чому знижується тиск газового потоку перед тим, як він поступає в верхній ВІДСІК деметанізатора 131 Турборозширювач 138 краще забезпечує в крайньому разі частину потужності, 14 13 57085 необхідної для приведення в дію компресора 132 ровий потік 116 проходить через теплообмінник Рідини ІЗ сепаратора 137 проходять по лінії 104 в 151, який охолоджує верхній пар 116 Після цього середній ВІДСІК деметанізатора 131 частина потоку 116 повертається в стабілізатор конденсату 150, як зворотній потік 117 Частина Потрапивши в метанвідпнну колону 131, рідипотоку 116, що залишилася, проходить через комна стікає вниз під дією сили тяжіння В процесі пресор 152, який збільшує тиск потоку 116 приблиперемішування ця рідина вступає у взаємодію з зно до тиску потоку 107 Після стиснення верхня висхідними парами, які вилучають із неї метан, і пара 116 охолоджується, та охолоджений газ (повона просувається вгору В результаті такого витік 118) змішується з потоком 107 Рідина, яка вилучення утворюється рідкий продукт з суттєво ходить із нижнього відсіку стабілізатора конденсабільш низьким вмістом метану, і цей рідкий проту 150, доступна як конденсатний продукт (потік дукт виводиться із нижньої секції метановідпнної 119) колони 131 як потік 105 Верхній паровий потік 106, який відходить із Процес, ВІДПОВІДНИЙ даному винаходу, як пометановідпнної колони, поступає в теплообмінник казано на фіг 3, допускає при необхідності, повто139 Після нагрівання в теплообміннику 139 можрне зрідження випарів Випари можна вводити в на, при необхідності, вилучати першу частину (попроцес, зображений на фіг 3, через ЛІНІЮ 120, яка тік 108) нагрітого парового потоку (потік 107) для об'єднується з верхнім паровим потоком 106 використання як паливо для станції зрідження гаЗгідно З фіг 4 потік 201, що подається, постузу Після ЦЬОГО друга частина потоку 107 прохопає в сепаратор 230, де потік розділяється на два дить через ланцюжок компресорів 140 та 141 та окремих потоки паровий потік 202 та рідинний теплообмінників 142 та 143 для підвищення тиску потік 203 Цей варіант реалізації ілюструє застосупарового потоку та його охолодження після кожновання зовнішнього циклу охолодження для мініміго ступеня стиснення Число ступенів стиснення зації використаної потужності та габаритів устаткупереважно повинно складати від двох до чотивання процесу, а також застосування рьох Частину потоку, яка виходить із теплообмінфракціонуючого ланцюжка для забезпечення підника 142, ВІДДІЛЯЮТЬ та подають як потік 110 на живлення циклу охолодження хладагентом Рідинтеплообмінник 139, де холодний потік 110 додатний потік 203 поступає в метановідпнну колону ково охолоджується 231 Паровий потік 202 стискається шляхом однієї або декількох ступенів стиснення, переважно двох Оптимальна доля потоку 109, відокремлена як ступенів Для простоти, на фіг 4 зображений тільки потік ПО, залежить від температури, тиску та один компресор 232 Після кожного ступеня стисскладу потоку 109 Цю оптимізацію може виконати нення стиснуту пару краще охолоджувати за доспеціаліст у даній галузі на основі викладених тут помогою загальноприйнятого повітряного або воідей Після виходу із теплообмінника 139 потік 109 дяного охолоджувача, наприклад охолоджувача поступає в засіб розширення, наприклад, турборо234 Газовий потік 202, після виходу із охолоджузширювач 144, який в крайньому разі, частково вача 234, охолоджується вторинним випарником зріджує потік 110, виробляючи потік 111 Потім 235, через який протікає деметанізована рідина із ПОТІК 111 поступає в загальноприйнятий фазовий метановідпнної колони 231 Після виходу із втосепаратор 145 Фазовий сепаратор 145 виробляє ринного випарника 235, охолоджений потік 202 ЗПГТ (потік 121), температура якого перевищує, додатково охолоджується в теплообмінниках 236 приблизно, -112°С (-170°F), а тиск достатній для та 237, які охолоджуються загальноприйнятою того, щоб рідкий продукт знаходився в точці початсистемою охолодження 238 з замкнутим циклом, в ку кипіння або нижче ЗПГТ поступає у ВІДПОВІДНИЙ якій як хладагент краще використовувати пропан засіб зберігання 153, в якому ЗПГТ зберігається Після виходу із теплообмінників 236 та 237, охопри температурі вище -112°С (-170°F) Сепаратор лоджений природний газ знову розділяється в за145 також виробляє потік 115 парів газу під тисгальноприйнятому фазовому сепараторі 238 Паком, який об'єднується з потоком 106 для рецирровий потік 204 із сепаратора 238 розширюється куляції за допомогою турборозширювача 239, через що Потік 112, який є охолодженим потоком, який тиск газового потоку знижується перед тим, коли входить із теплообмінника 143, поступає у ВІДПОВІвін поступить у верхній ВІДСІК деметанізатора 231 ДНИЙ засіб розширення, наприклад турборозшиКраще, щоб турборозширювач 239 постачав потурювач 146, в якому відбувається зниження тиску жністю компресор 232 Рідини ІЗ сепаратора 238 та подальше охолодження потоку 112 Турборозпо лінії 205 поступають у середній ВІДСІК деметаніширювач 146, в крайньому разі частково, зріджує затора 231 потік 112 природного газу Після виходу із турборозширювача 146 частково зріджений потік постуВерхній паровий потік 207, який виходить із пає в фазовий сепаратор 147 для утворення рідеметанізатора 231, поступає в теплообмінник динного потоку 113 та парового потоку 114 240 Частина потоку 208, який виходить із теплоПаровий потік 114 переноситься назад і з'єднуєтьобмінника 240, можна, при необхідності, вилучати ся з верхнім паровим потоком 106 деметанізатора (потік 209) для використання як паливо для станції для рециркуляції Рідинний ПОТІК 113 який вихозрідження газу Частина потоку 209, яка залишидить із сепаратора 147, з'єднується з потоком 111 лася, стискається за допомогою одного або декількох компресорів 241 до тиску, значення якого, Рідинний ПОТІК 105, який виходить із деметанікраще, знаходиться приблизно між 5516кПа затора 131, поступає на загальноприйнятий стабі(800фн-с/кв д абс) та 13790кПа (2000фн-с/кв д лізатор конденсату 150, який виробляє верхній абс) Потім стиснутий газ пропускають через ланпотік 116 з високим вмістом етану та інших легких цюжок теплообмінників 242, 243 та 244 для охоловуглеводнів, головним чином метану Верхній па 15 дження газу для утворення потоку 210 Краще, щоб теплообмінник 242 охолоджувався повітрям або водою Краще, щоб теплообмінники 243 та 244 охолоджувались системою охолодження 238 -тією ж системою, що використовується для охолодження теплообмінників 236 та 237 Частина потоку 210 поступає як потік 211 в теплообмінник 240, забезпечуючи робочий цикл охолодження для подальшого охолодження парового потоку 211 Потік 2 1 1 , після виходу із теплообмінника 240, поступає в засіб розширення, наприклад, турборозширювач 245, який, в усякому разі частково, зріджує потік 211, утворюючи потік 212 Потік 212 поступає потім в загальноприйнятий фазовий сепаратор 246 Частина потоку 210, яка залишилася після вилучення потоку 2 1 1 , поступає у ВІДПОВІДНИЙ засіб розширення, наприклад турборозширювач 248, для зниження тиску газу та подальшого охолодження газового потоку, Турборозширювач 248 утворює потік 213, який хоч би частково є зрідженим природним газом Потік 213 поступає в загальноприйнятий фазовий сепаратор 249 з метою створення рідинного потоку 214 та парового потоку 215 Потік 215 рециркулює, об'єднуючись з верхнім паровим потоком 207 деметанізатора Рідинний потік 214 об'єднується з потоком 212 та поступає в сепаратор 246, який розділяє газ на паровий потік 216 та рідинний потік 217 Паровий потік 216, як і паровий потік 215, з'єднується з верхнім потоком 207 деметанізатора для рециркуляції Рідинний ПОТІК 217 являє собою ЗПГТ, температура якого перевищує приблизно -112°С (170°F), а тиск достатній для того, щоб рідина знаходилась уточці початку кипіння або нижче, і ЗПГТ поступає в резервуар зберігання 258, де зберігається при температурі, вищій -112°С (-170°F) Рідинний ПОТІК 206, який виходить із деметанізатора 2 3 1 , проходить через фракціонуючу систему, в яку входить ряд фракціонуючих колон 250, 251 та 252 Фракціонуюча колона 250 являє собою загальноприйнятий деетанізатор, який виробляє верхній потік з високим вмістом етану та інших легких вуглеводнів, головним чином, метану Верхній паровий потік 218 проходить через теплообмінник 253 для нагрівання паливного потоку 209 Пройшовши через теплообмінник 253, паровий потік 218 поступає в загальноприйнятий фазовий сепаратор 254, який виробляє паровий потік 220 та рідинний потік 221 Рідинний потік 221 повертається в етановідпнну колону 250 як протилежний потік Паровий потік 220 з'єднується з потоком 208 Рідини, ЯКІ ВИХОДЯТЬ ІЗ НИЖНЬОГО відсіку деетанізатора250, охолоджуються в теплообміннику 257 і поступають в депропанізатор 251 Верхній паровий потік із депропанізатора 251 характеризується високим вмістом пропану і може бути, при необхідності, використовуватись як пропан для системи охолодження 238 Рідини, які виходять із нижнього відсіку депропанізатора 2 5 1 , поступають в дебутанізатор 252 Рідини, які виходять із нижнього відсіку дебутанізатора, вилучаються із процесу як рідкий конденсат (потік 222) Принаймні частина верхнього пару із дебутанізатора 252, надходить по лінії 223 в теплообмінник 255 для охолодження парового потоку Цей паровий потік 223 проходить через компресор 256 з метою збі 57085 16 льшення тиску потоку 223, приблизно, до тиску потоку 208 Після виходу із компресора 256, стиснений потік з'єднується з потоком 220 Випари можна, при необхідності, уводити в процес, ВІДПОВІДНИЙ даному винаходу, через ЛІНІЮ 224, яка об'єднується з верхнім паровим потоком 207 Приклад Для ілюстрації варіантів реалізації, зображених на фігурах, був змодельований баланс маси та енергії, результати якого виражені в нижченаведених таблицях 1, 3, 4 та 5 Дані, наведені в таблицях, надані для пояснення варіантів реалізації, зображених на фігурах, але це не значить, що винахід обов'язково обмежується ними Температури та витрати, приведені в таблицях, не треба розглядати як обмеження, покладені на винахід, який може мати багато варіантів у відношенні температур та витрат у ВІДПОВІДНОСТІ З викладеними ідеями Дані були одержані за допомогою комерційне доступної програми моделювання процесу, названої HYSYS™, але для одержання даних можна використати та ІНШІ комерційно доступні програми моделювання процесу, включаючи, наприклад, HYSIM™, PROII™ та ASPEN PLUS™, які добре ВІДОМІ спеціалістам у даній галузі Потужність, яка необхідна для виробництва ЗПГТ у ВІДПОВІДНОСТІ з цим винаходом, значно менше потужності, необхідної для виробництва ЗПГ в умовах, близьких до атмосферних, і при температурі -164 5°С (-264°F) з використанням розширюючого процесу Цю різницю потужностей ілюструє порівняння таблиці 2 з таблицею 1 В таблиці 2 наведені результати змодельованого балансу маси та енергії з використанням потокового процесу, зображеного на ф і г 1 , для виробництва ЗПГ при тисках, близьких до атмосферного Результати, наведені в таблиці 2, основані на виробництві рідкого продукту, що знаходиться під тиском, близьким до атмосферного, значно зниженій КІЛЬКОСТІ випарів, що уводяться в процес, і необхідності багатоступеневого рециркулярного стиснення (чотири ре циркулярних компресора замість одного компресора 50, зображеного на фіг 1) У цих двох моделях повна витрачена потужність, необхідна для виробництва загальноприйнятого ЗПГ (дані таблиці 2), більше, ніж ВДВІЧІ перевищує потужність, необхідну для виробництва ЗПГТ (дані таблиці 1) Удосконалення процесу ЗПГТ з розширенням, наприклад наведені на фіг 2, можуть також удосконалити загальноприйнятий процес ЗПГ Проте відношення витраченої потужності для загальноприйнятого ЗПГ та витраченої потужності для процесу ЗПГТ, ВІДПОВІДНОГО здійсненню цього винаходу, не потерпає значних змін Процес ЗПГТ, ВІДПОВІДНИЙ даному винаходу, потребує близько ВДВІЧІ меншу потужність, ніж у загальноприйнятому розширювальному процесі для виробництва ЗПГ при атмосферному тиску Дані, наведені в таблиці 3, приведені для пояснення варіанту реалізації, зображеного на фіг 2 В порівнянні з варіантом реалізації, зображеному на ф і г 1 , повну витрачену потужність, необхідну, згідно варіанту реалізації, зображеному на фіг 2, можна понизити з 198359кВт (266000л с ) до 18 17 57085 111857кВт (150000л с ) завдяки підключенню проскористається ідеями цього патенту, будуть очепанової системи охолодження Спеціалісти в даній видними численні модифікації та варіанти конкрегалузі могли б додатково понизити необхідну потних процесів, розглянутих вище Наприклад, у тужність шляхом оптимізацм процесу ВІДПОВІДНОСТІ з даним винаходом, можна використати різні температури та тиски в залежності від Дані, наведені в таблиці 4, приведені для позагальної конструкції системи та складу газу, що яснення варіанту реалізації, зображеного на фіг З подається Крім того, ланцюжок охолодження газу, Газ, який подають, згідно фіг 3 або 4 має інший який подають, можна пристосовувати або пересклад та знаходиться в умовах, ВІДМІННИХ ВІД ТИХ, у строювати в залежності від загальних вимог до яких знаходиться газ, що подається, згідно фіг 1 та конструкції, щоб відповідати вимогам оптимально2 го та ефективного теплообміну Як обговорюваДані, наведені в таблиці 5, приведені для полось вище, конкретні розглянуті варіанти реалізаяснення варіанту реалізації, зображеного на фіг 4 ції та приклади не потрібно використовувати для Цей процес знову демонструє переваги пропанообмеження об'єму винаходу, який повинен визнавої системи охолодження, яка значно знижує нечатися нижченаведеною формулою винаходу та и обхідну витрачену потужність у порівнянні з варіаеквівалентами нтом реалізації, зображеним на фіг З Спеціалісту в даній галузі, особливо тому, хто Паливо Випаровування 18 Псщача природно*» газу *- 10 ФІГ Л (Зріджений природний газ піа тиском) 17г Подача природного газу (Зріджений природний газ ПІД тиском) ФЇГ.2 57085 19 Вштаровуваиня 20 Пая я во 120 Подача рнрояного, ! J J ~"> • I 3F I Кондеисат ФІГ.З Випарафування 224 23B-H 246 •223 -250 ФІГ.4 Г 252 L^ С ? * Комп'ютерна верстка Т Чепелсва Конденсат Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, Львівська площа, 8, м Київ, МСП, 04655, Україна ТОВ "Міжнародний науковий комітет", вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна