Спосіб зрідження потоку газу під тиском (варіанти)

1 Спосіб зрідження потоку газу під тиском (10), багатого на метан який відрізняється тим, що містить операції зрідження потоку газу в теплообміннику (33), що охолоджується охолоджуючою системою (45) з багатокомпонентним холодоагентом з замкнутим циклом для одержання багатого на метан рідкого продукту (29), який має температуру вище приблизно -112°С (-170Т) і тиск, достатній для того, щоб рідкий продукт був у точці початку його кипіння або нижче неї, і розміщення рідкого продукту в засіб для зберігання (50) при температурі вище приблизно 112°C(-170°F) 2 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що містить операцію зниження тиску рідкого продукту розширювальним засобом (34) перед розміщенням рідкого продукту в засіб для зберігання (50), причому вказаний розширювальний засіб (34) формує потік рідини (20) з температурою вище приблизно -112°С (-170Т) і тиском, достатнім для того, щоб рідкий продукт був у точці початку кипіння або нижче неї 3 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що містить операцію підведення у вказаний теплообмінник (33) випарів (22), що отримані від випарювання зрідженого природного газу, причому випари щонайменше частково зріджуються теплообмінником (33), і стиснення (36) зріджених випарів, при цьому вказані зріджені випари під тиском мають температуру вище приблизно -112°С (-170Т) і тиск, достатній для того, щоб рідкий продукт був у точці початку його кипіння або нижче неї 4 Спосіб за п 3, який відрізняється тим, що теплообмінник (33) містить першу зону охолодження (33а) і другу зону охолодження (ЗЗЬ), що працює при нижчій температурі, ніж перша зона охолодження, і здійснюють ПІДВІД потоку газу під тиском (10) в першу зону охолодження (33а) для зрідження, і ПІДВІД випарів (22) в другу зону охолодження (ЗЗЬ) для зрідження 5 Спосіб за п 4, який відрізняється тим, що містить операції введення частини випарів (22) перед тим, як випари проходять в теплообмінник, і підведення виведеної частини випарів в першу зону охолодження (33а) для нагрівання виведених випарів і для охолодження потоку газу (17) в теплообміннику (33), і використання нагрітих виведених випарів як палива (38) 6 Спосіб за п 1 , який відрізняється тим, що містить стиск (39) випарів (22), що отримані від випарювання зрідженого природного газу перед отриманням тиску, що наближається до тиску потоку (17) газу, який подається в теплообмінник (33), і комбінування стиснених випарів (32) з потоком газу (17) перед тим, як потік газу надійде в теплообмінник (33) 7 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що містить проходження випарів (22), що отримані від випарювання зрідженого природного газу, в теплообмінник (33) для охолодження випарів, стиск (39) випарів і комбінування стиснених випарів (32) з потоком газу (17), і проходження комбінованих випарів і потоку газу в теплообмінник (33) для зрідження 8 Спосіб за п 7, який відрізняється тим, що містить, після проходження випарів через теплообмінник (33) і до стиску (39) охолоджених випарів, виведення частини (38) випарів і використання виведеної частини як палива 9 Спосіб за п 3, який відрізняється тим, що теплообмінник (33) містить першу зону охолодження (33а), другу зону охолодження (ЗЗЬ) і третю зону охолодження (33с), причому вказана друга зона охолодження працює з температурою, що нижче температури першої зони охолодження і вище температури третьої зони охолодження, містить операції підводу випарів (22) в третю зону охолодження (33с) для зрідження випарів, виведення частини випарів перед проходженням через третю О 0 0 о ю 57084 зону охолодження, і проходження виведених випарів через другу зону охолодження (ЗЗЬ) для нагріву виведених випарів і використання нагрітих виведених випарів як палива (38) 10 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що потік газу містить метан і вуглеводневі компоненти, які важчі за метан, містить видалення більшої частини більш важких вуглеводнів шляхом фракціонування (80) для одержання багатого на метан потоку пари (16) і багатого на більш важкі вуглеводні потоку рідини (12), причому потік пари потім зріджується в теплообміннику (33) 11 Спосіб за п 10, який відрізняється тим, що багатий на більш важкі вуглеводні потік рідини (12) додатково фракціонують (35) для одержання багатої на етан пари (13), яку комбінують з багатим на метан потоком (16) 12 Спосіб за п 10, який відрізняється тим, що містить охолодження (33а) живильного потоку (10) перед фракціонуванням (80) живильного потоку 13 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що теплообмінник (33) містить першу зону охолодження (33а) і другу зону охолодження (ЗЗЬ), вказана перша зона охолодження охолоджується проходженням багатокомпонентного рідкого холодоагенту (18) через першу зону охолодження (33а) для охолодження рідкого холодоагенту, проходження рідкого холодоагенту через розширювальний засіб (47) для додаткового зниження температури рідкого холодоагенту, і проходження холодоагенту з розширювального засобу через першу зону охолодження (33а), проходження багатокомпонентного пароподібного холодоагенту (21) через першу зону охолодження (33а) і другу зону охолодження (ЗЗЬ) для зниження його температури, проходження охолодженого пароподібного холодоагенту через розширювальний засіб (46), проходження розширеного холодоагенту через другу зону охолодження (ЗЗЬ) і потім через першу зону охолодження (33а), і зрідження потоку газу (17) пропусканням потоку газу через першу зону охолодження (33а) і другу зону охолодження для одержання рідкого продукту (19), що має температуру вище приблизно -112°С (-170°F) і тиск, достатній для того, щоб рідкий продукт був в точці початку його кипіння або нижче неї 14 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що спосіб містить операції a) охолодження (33а) потоку газу (10) для одержання часткового зрідження потоку газу, b) розділення частково конденсованого потоку газу на рідкий потік (12), багатий на вуглеводні, що є більш важкими, ніж метан, і потік пари (16), багатої на метан, c) фракціонування (35) зрідженої частини в щонайменше одній фракціонуючій колоні для одержання багатого на етан потоку пари (13) і потоку рідини (14), багатої на вуглеводні, що є більш важкими, ніж етан, і видалення потоку рідини (14) з процесу, d) комбінування багатого на метан потоку пари (16) і багатого на етан потоку пари (13) і підведення комбінованого потоку в теплообмінник (33), внаслідок чого комбінований потік зріджується, і є) перед розміщенням комбінованого потоку ріди ни в засіб для зберігання (50), розширення (34) щонайменше частини недостатньо охолодженої рідини для одержання рідкого продукту, що має температуру вище приблизно -112°С (-170Т) і тиск, достатній для того, щоб рідкий продукт був у точці початку кипіння або нижче неї 15 Спосіб за п 14, який відрізняється тим, що охолодження потоку природного газу в ході операції (а) щонайменше частково забезпечується пропановою охолоджуючою системою з замкнутим циклом (40) 16 Спосіб за п 14, який відрізняється тим, що додатково містить операції підведення в теплообмінник (33) випарів (22), що одержані від випарювання зрідженого природного газу, для одержання другого потоку зрідженого природного газу (28), що має температуру вище приблизно -112°С (170°F) і тиск, достатній для того, щоб рідкий продукт був у точці початку його кипіння або нижче неї, і комбінування другого потоку зрідженого природного газу (28) з розширеним зрідженим газом (20) операції (є) 17 Спосіб за п 14, який відрізняється тим, що теплообмінник (33) операції (d) містить першу зону охолодження (33а) і другу зону охолодження (ЗЗЬ), що працює з більш низькою температурою, ніж перша зона охолодження, в якому багатий на метан потік (16) операції (Ь) і багатий на етан потік (13) операції (с) проходять першу зону охолодження, і випари (22), що одержані від випарювання зрідженого природного газу, що мають температуру вище приблизно -112°С (-170°F), надходять в другу зону охолодження (ЗЗЬ) для зрідження 18 Спосіб за п 10, який відрізняється тим, що потік газу (10) вводять у процес з підвищеною температурою в межах діапазону від приблизно 0°С до приблизно 50°С і з підвищеним тиском в межах діапазону від приблизно 2758 кПа (400psia) до приблизно 8274 кПа (1200 psia), і зріджений продукт (20), одержаний даним способом, має тиск більше 1724 кПа (250 psia) і температуру вище приблизно -112°С (-170°F) 19 Спосіб за п 1, який відрізняється тим, що охолоджуюча система з багатокомпонентним холодоагентом (45) має холодоагент, що містить метан, етан, пропан, бутан, пентан, вуглекислий газ, сірчистий водень і азот 20 Спосіб зрідження потоку природного газу (10) під тиском, такий, наприклад, що містить метан, пропан і більш важкі вуглеводні, для виробництва зрідженого природного газу (20), що має тиск вище приблизно 1724 кПа (250 psia) і температуру вище приблизно -112°С (-170°F), який відрізняється тим, що містить операції (a) підведення потоку природного газу (10) в першу зону охолодження (33а) багатокомпонентного теплообмінника, причому багатокомпонентний теплообмінник містить три зони охолодження, при цьому друга зона охолодження (ЗЗЬ) працює з температурою нижче температури першої зони охолодження (33а) і вище температури третьої зони охолодження (33с), (b) фракціонування живильного потоку охолодженого природного газу (11 є) для відокремлення багатого на метан потоку (16) від потоку більш важких вуглеводнів (12), 57084 (c) фракціонування (35) потоку більш важких вуглеводнів (12) для одержання багатого на етан потоку (13) і потоку, що містить вуглеводні (14) більш важкі, ніж етан, і видалення з процесу вуглеводнів більш важких, ніж етан, (d) комбінування багатого на метан потоку (16) операції (Ь) і багатого на етан потоку (13) операції (с) і проходження комбінованого потоку в другу зону охолодження (ЗЗЬ) охолоджуючої системи з багатокомпонентним холодоагентом і охолодження комбінованого потоку для одержання недостатньо охолодженого конденсату (19), (є) розширення (34) щонайменше частини недостатньо охолодженого конденсату для одержання зрідженого природного газу (20), що має тиск вище приблизно 1724 кПа (250 psia) і температуру вище приблизно -112°С (-170°F), і (f) підведення в третю зону охолодження охолоджуючої системи з багатокомпонентним холодоагентом газу, що одержаний від випарювання зрідженого природного газу, що міститься в ємності для зберігання (50), для одержання другого потоку зрідженого природного газу, і комбінування другого потоку зрідженого природного газу зі зрідженим природним газом, що одержаний в ході операції (є) 21 Спосіб зрідження потоку природного газу (18) під тиском, такого, наприклад, що містить метан, пропан і більш важкі вуглеводні, для виробництва зрідженого природного газу, що має тиск вище приблизно 1724 кПа (250 psia) і температуру вище приблизно -112°С (-170°F), який відрізняється тим, що містить операції (а) охолодження (26) потоку природного газу за допомогою пропанової охолоджуючої системи (40), (b) фракціонування (80) потоку охолодженого природного газу для розділення багатого на метан потоку (16) і потоку більш важких вуглеводнів (12), (c) фракціонування (35) потоку більш важких вуглеводнів (12) для одержання багатого на етан потоку (13) і щонайменше одного потоку (14), що містить вуглеводні більш важкі, ніж етан, і видалення вуглеводнів (14) більш важких, ніж етан, з процесу, (d) комбінування багатого на метан потоку (16) операції (Ь) і багатого на етан потоку (13) операції (с) і проходження комбінованого потоку в першу зону охолодження (33а) охолоджуючої системи (33) з багатокомпонентним холодоагентом, що має першу зону охолодження (33а), що охолоджується багатокомпонентною рідиною з багатокомпонентною парою в теплообмінній взаємодії з комбінованим багатим на метан потоком і багатим на етан потоком для виробництва недостатньо охолодженого конденсату (19), і (є) розширення (34) щонайменше частини недостатньо охолодженого конденсату для одержання зрідженого природного газу (20), що має тиск вище приблизно 1724 кПа (250 psia) і температуру вище приблизно -112°С (-170°F), (f) підведення в другу зону охолодження (ЗЗЬ) охолоджуючої системи з багатокомпонентним холодоагентом газу (22), що отриманий від випарювання зрідженого природного газу, що міститься в ємності для зберігання, для одержання другого потоку зрідженого природного газу (28), і комбінування другого потоку зрідженого природного газу зі зрідженим природним газом, що одержаний в ході операції (є) Винахід відноситься до способу зріджування природного газу, а саме до способу виробництва природного газу під тиском (СВГПТ) Завдяки його якостям, що відносяться до чистоти горіння та зручності використання, природний газ за останні роки почав широко застосовуватись Багато джерел природного газу розташовані у віддалених регіонах, на великих відстанях від будьяких комерційних ринків газу Іноді для транспортування добутого природного газу до комерційних ринків використовують трубопроводи Коли транспортування по трубопроводах неможливо, добутий природний газ часто переробляють в зріджений природний газ (ЗПГ) для транспортування на ринок Одним з характерних ознак станції для зріджування природного газу є інвестиційні вкладення, які необхідні для створення станції Обладнання, що використовується для зрідження природного газу, в цілому, достатньо дороге Станція для зрідження газу базується на на декількох базових системах, які включають в себе обладнання для видалення ДОМІШКІВ з газу, зрідження, охолодження, енергетичне обладнання та спорудження для зберігання та навантажування на транспортні за соби Хоча вартість станції для зріджування газу широко коливається в залежності від місця розташування станції, але звичний типовий проект такої станцій може коштувати від 5 до 10 мільярдів доларів США, включаючи витрати на розробку родовища Холодильні системи станції можуть бути оцінені в суму, що складає до 30% витрат При розробці станції для зріджування природного газу враховують три найбільш важливі обставини (1) вибір циклу зрідження, (2) матеріали, що використовують для контейнерів, трубопроводів та іншого обладнання, та (3) операції способу перетворення потоку природного газу, що подається, в зріджений природний газ Холодильні системи для зріджування природного газу є дорогими у зв'язку з тим, що для зріджування природного газу потрібне дуже сильне охолодження Типовий потік природного газу надходить до установки для зріджування природного газу під тиском від біля 4830кПа до біля 7600кПа та з температурами від біля 20°С до біля 40°С Природний газ, який переважно є метаном, не може бути зріджений простим підвищенням тиску, як у випадку з більш важкими вуглеводнями, що використовують в енергетичній галузі Критична тем 57084 пература метану складає - 82,5°С Це означає, що метан може бути зріджений тільки при температурі, що є нижчою за цю, незалежно від тиску, що застосовується Оскільки природний газ є сумішшю газів, він зріджується в межах діапазону температур Критична температура природного газу звичайно знаходиться в межах від біля - 85°С до біля - 62°С Як правило, склади природного газу за атмосферним тиском будуть зріджуватись в температурному діапазоні від біля - 165°С до біля - 155°С Оскільки холодильне обладнання складає таку значну частину витрат на обладнання для зріджування природного газу, були прикладені зусилля для зменшення витрат на охолодження Хоча для охолодження природного газу використовувалось багато циклів охолодження природного газу, використовувалось багато циклів охолодження Але циклами, що найширше використовуються на цей час на станціях для зріджування природного газу, є три цикли (1) "каскадний цикл", в якому використовують багато однокомпонентних охолоджуючих речовин в теплообмінниках, що розташовані послідовно для зменшення температури газу до температури зрідження, (2) "цикл розширення", який розширює газ від високого тиску до низького тиску з ВІДПОВІДНИМ зменшенням температури, та (3) "цикл багатокомпонентного охолодження", в якому використовують багатокомпонентну охолоджуючу речовину в спеціально сконструйованих теплообмінниках В більшості циклів зрідження природного газу використовують віріацм або комбінації цих трьох базових типів Система зі змішаним холодоагентом включає в себе циркуляцію багатокомпонентного охолодження потоку, звичайно після попереднього охолодження до приблизно - 35°С за допомогою пропану Типова багатокомпонентна система буде містити метан, етан, пропан та, можливо, ІНШІ легкі компоненти Без попереднього охолодження пропану до багатокомпонентного складу можуть бути включені більш важкі компоненти, такі як бутани та пентани Природа циклу зі змішаним холодоагентом така, що теплообмінники, які використовують в процесі обробки, повинні, згідно з практикою, що встановилася, працювати з двофазовим холодоагентом Це потребує використання великих спеціалізованих теплообмінників Змішані холодоагенти демонструють бажані характеристики конденсування в межах діапазону температур, що дозволяє використовувати конструкцію теплообмінних систем, яка може бути ефективнішою з точки зору тепмодинаміки, ніж системи з холодоагентом без домішок Приклади багатокомпонентних способів охолодження описані в патентах США №№ 5502972, 5497626, 3763638 та 4586942 Матеріали, що використовують на звичайних станціях для зріджування природного газу, також впливають на вартість станції Контейнери, трубопроводи та інше обладнання, що використовується на станціях для зріджування природного газу, як правило, виконані щонайменше частково з алюмінію, нержавіючої сталі або сталі з високим вмістом нікелю для забезпечення необхідної МІЦНОСТІ та СТІЙКОСТІ до розриву за низьких температур 8 На звичайних станціях для зріджування природного газу вода, вуглекислий газ, сірчисті сполуки, такі як сірчистий водень, та ІНШІ КИСЛІ гази, ппентан і більш важкі вуглеводні, в тому числі бензол, повинні ,бути по суті видалені з процесу обробки природного газу до рівнів, що досягають часток на мільйон Частина з цих сполук буде замерзати, що буде ставити проблему закупорювання в обробляючому обладнанні Інші сполуки, такі, що містять сірку, як правило, видаляють для ВІДПОВІДНОСТІ до комерційної ДІЯЛЬНОСТІ На звичайній станції для зрідження природного газу для видалення вуглекислого газу і кислих газів потрібне обладнання для очистки газу В обладнанні для очистки газу, як правило, використовують регенеративний процес з ХІМІЧНИМ та/або фізичним розчиненням, і воно потребує значних капіталовкладень Окрім того, експлуатаційні витрати також великі Для видалення водяної пари потрібні дегідратори з сухим шаром, такі як молекулярні сита Для видалення вуглеводнів, які викликають проблеми закупорювання, як правило, використовується колона для промивки газу та фракціонуюче обладнання На звичайному підприємстві по зрідженню природного газу також добувають ртуть, оскільки вона може викликати пошкодження обладнання, яке зроблене з алюмінію Окрім того, більшу частину азоту, який може бути присутнім в природному газі, видаляють після обробки, оскільки азот не залишається в рідкій фазі під час транспортування звичайного зрідженого природного газу, і наявність парів азоту в контейнерах зі зрідженим природним газом в пункті доставки є небажаною В промисловості залишається невідкладною потреба в удосконаленні способу зрідження природного газу, який знижує до мінімуму КІЛЬКІСТЬ холодильного обладнання і потрібну в процесі обробки потужність Задачею винаходу є вдосконалення способу зниження богатого на метан живильного потоку газу Живильний поток газу має тиск вище приблизно ЗЮОкПа Якщо тиск занадто низький, газ може бути спочатку стиснутий Поставлена задача вирішується тим що газ зріджується охолоджуючою системою з багатокомпонентним холодоагентом для виробництва рідкого продукту, що має температуру вище приблизно - 112°С та тиск, достатній для того, щоб рідкий продукт був в точці початку кипіння або нижче її, причому вказаний тут продукт називається зрідженим природним газом під тиском (ЗПГПТ) Перед зрідженням охолодженням багатокомпонентним холодоагентом газ, переважно, охолоджують рециркулюючими парами, які проходять через розширюючий засіб без його зрідження Зріджений природний газ під тиском розміщують в засіб для зберігання за температурою вище приблизно 112°С В іншому прикладі здійснення винаходу, якщо живильний газ містить компоненти, що важчі за метан, переважаючу частину більш важких вуглеводнів видаляють способом фракціювання перед зрідженням шляхом охолодження багатокомпонентним холодоагентом Ще в одному прикладі здійснення цього вина 57084 ходу випари, що отримані від випарювання зрідженого природного газу, можуть додаватися до живильного газу для зрідження шляхом охолодження багатокомпонентним холодоагентом для виробництва зрідженого природного газу під тиском Спосіб, що відповідає цьому винаходу, може бути використаний як для первинного зрідження природного газу у джерела постачання для зберігання та транспортування, так і для повторного зрідження парів природного газу, що виходять підчас зберігання та навантаження на транспортні засоби ВІДПОВІДНО, метою цього винаходу є отримання вдосконаленої системи зрідження для зрідження та або повторного зрідження природного газу Іншою метою цього винаходу є отримання вдосконаленої системи зрідження, яка потребує суттєво меншу потужність для зрідження, ніж в системах попереднього рівня техніки Ще однією метою цього винаходу є отримання вдосконаленого способу зрідження, який є економічним і ефективним в здійсненні Охолодження до дуже низької температури згідно зі звичайним способом зрідження природного газу є дуже дорогим порівняно з відносно помірним охолодженням, яке необхідно для виробництва зрідженого природного газу під тиском згідно з практикою цього винаходу Цей винахід та його переваги будуть більше зрозумілими при зверненні до наступного докладного опису та креслень, що додаються, які є блоксхемами типових прикладів здійснення цього винаходу Фіг 1 зображує блок-схему одного прикладу здійснення цього винаходу, що демонструє охолоджуючу систему з багатокомпонентним холодоагентом з замкнутим циклом для виробництва зрідженого природного газу під тиском Фіг 2 зображує блок-схему другого прикладу здійснення цього винаходу, в якому природний газ фракціонують перед зрідженням для отримання зрідженого природного газу під тиском Фіг 3 зображує блок-схему третього прикладу здійснення цього винаходу, в якому охолоджуючу систему з однокомпонентним холодоагентом з замкнутим циклом використовують для попереднього охолодження потоку природного газу перед зрідженням з отриманням зрідженого природного газу під тиском Фіг 4 зображує блок-схему четвертого прикладу здійснення цього винаходу, в якому охолоджуюча система з багатокомпонентним холодоагентом з замкнутим циклом попередньо охолоджує живильний потік природного газу перед тим, як фракціонуюча та охолоджуюча система зріджує живильний потік природного газу для отримання зрідженого природного газу під тиском Фіг 5 зображує блок-схему п'ятого прикладу здійснення цього винаходу, в якому природний газ фракціонують а потім зріджують в теплообміннику, який охолоджується другою охолоджуючою системою з замкнутим циклом, в якій як холодоагент використовують як багатокомпонентну рідину, так і багатокомпонентний пар Випари повторно зріджують за допомогою тільки пара охолоджуючої системи з багатокомпонентним холодоагентом Фіг 6 зображує блок-схему шостого прикладу 10 здійснення цього винаходу, в якому випарення та живильний природний газ змішують перед зрідженням за допомогою охолоджуючої системи з багатокомпонентним холодоагентом для отримання зрідженого природного газу під тиском Фіг 7 зображує блок-схему сьомого прикладу здійснення цього винаходу, в якому живильний природний газ фракціонують а потім зріджують в теплообміннику, який охолоджується другою охолоджуючою системою з замкнутим циклом, в якій використовується в якості холодоагентів як багатокомпонентна рідина, так і багатокомпонентна пара Фіг 8 зображує блок-схему процесу розширення, що використовується в прикладах здійснення винаходу, наведених на Фіг 2, 5, 6 та 7 Фіг 9 зображує блок-схему переважної охолоджуючої системи з багатокомпонентним холодоагентом, що використовується в прикладах здійснення винаходу, наведених на Фіг 1, 2, 3, 4 та 6 Фіг 10 зображує блок-схему переважної охолоджуючої системи з багатокомпонентним холодоагентом, що використовується в прикладах здійснення винаходу, наведених на Фіг 5 та 7 Блок-схеми, наведені на фігурах, являють різні приклади здійснення способу, що відповідає цьому винаходу Фігури не призначені для виключення з об'єму винаходу інших варіантів здійснення винаходу, які можуть бути результатом нормальних та очікуємих модифікацій цих конкретних прикладів РІЗНІ необхідні підсистеми, такі як насоси, змішувачі потоків, системи управління та датчики, були виключені з фігур для простоти та наочності Згідно З ЦИМ винаходом використовується охолоджуюча система з багатокомпонентним холодоагентом для зрідження природного газу для виробництва насиченого метаном рідкого продукту, що має температуру вище приблизно - 112°С та тиск, достатній для того, щоб рідкий продукт був в точці початку його кипіння або нижчий Цей багатий на метан продукт в цьому опису ІНОДІ називають зрідженим природним газом під тиском (ЗПГПТ) Термін "точка початку кипіння" означає температуру та тиск, при яких рідина починає перетворюватись в газ Наприклад, якщо деяка КІЛЬКІСТЬ зрідженого природного газу під тиском утримується при постійному тиску, але його температура підвищується, температура, при якій бульбашки газу починають формуватися в зрідженому природному газі під тиском, є точкою початку кипіння Таким же чином, якщо деяка КІЛЬКІСТЬ зрідженого природного газу під тиском утримується при ПОСТІЙНІЙ температурі, але його тиск зменшується, тиск, при якому починає формуватися газ, утворює точку початку кипіння В точці початку кипіння суміш є насиченою рідиною Використання охолоджуючої системи з багатокомпонентним холодоагентом, згідно з цим винаходом, потребує менше потужності для зрідження природного газу, ніж способи з багатокомпонентними холодоагентами, що використовувались в минулому, і обладнання, що використовується згідно зі способом, що відповідає цьому винаходу, може бути виконано з дешевших матеріалів На відміну від цього способи виробництва зрідженого природного газу при атмосферних тисках та таких 12 11 57084 низьких температурах, як - 160°С, потребують більш високі робочі температури припускають того, щоб щонайменше частина обробляючого вміст в природному газі більш високих рівнів конобладнання була виконана з дорогих матеріалів центрації компонентів, що заморожуються, ніж це для безпеки праці було би можливо при звичайному способі зрідждення природного газу Наприклад, на звичайній Потужність, яка необхідна для зрідження пристанції для зрідження природного газу, яка виробродного газу згідно з винаходом, значно зменшена ляє зріджений природний газ при температурі порівняно з потужністю, яка споживається звичай160°С вміст СОг повинен бути нижчим - приблизною станцією для зрідження природного газу но 50 частинок на мільйон для усунення проблем Зменшення необхідної для охолодження потужнозаморожування В протилежність цьому, при підсті, що необхідна для здійснення способу цього тримці робочих температур вище приблизно винаходу, призводить до значного зменшення ка112°С, природний газ може містити СОг на таких піталовкладень, пропорційному зменшенню вировисоких рівнях, як приблизно 1,4 молекулярного % бничих витрат і збільшенню ефективності та наСО2 при температурах - 122°С та 2,2% при - 95°С дійності, таким чином, значно збільшуючи без виникнення проблем замерзання при здійсекономічність виробництва зрідженого природного ненні способу зрідження згідно з цим винаходом газу При робочих тисках і температурах, які відповідають цьому винаходу, сталь з вмістом біля 3,5 мас % нікеля може використовуватись в трубопроводах та обладнанні в самих холодних робочих зонах процесу зрідження, тоді як більший вміст біля 9мас % нікелю або алюмінію, як правило, необхідно для такого ж обладнання для здійснення звичайного способу зрідження природного газу Це дає ще одне значне скорочення витрат на здійснення способу, що відповідає цьому винаходу, порівняно з відомими способами зрідждення природного газу Першою важливою обставиною при криогенній обробці природного газу є забруднення Сирий природний газ, як вихідна сировина, що придатна для здійснення способу цього винаходу може містити природний газ, який отримують із свердловини з сирою нафтою (супутній газ) або з газової свердловини (незв'язаний газ) Склад природного газу може значно мінятися Стосовно даного випадку, потік природного газу містить метан (С-і) як головний компонент Природний газ, як правило, буде містити етан (Сг), вищі вуглеводні (Сз) та малі КІЛЬКОСТІ домішок, таких як вода, вуглекислий газ, сірчистий водень, азот, бутан, вуглеводні з шістьма або більше вуглеродними атомами в молекулі, бруд, сірчисте залізо, парафін та сиру нафту Розчинність ЦИХ ДОМІШОК МІНЯЄТЬСЯ В залежнос ті від температури, тиску та складу За криогенних температур СОг, вода та ІНШІ ДОМІШКИ можуть формувати тверді частинки, які можуть забивати проходи для потоків в криогенних теплообмінниках Ці потенційні труднощі можуть бути переборені видаленням таких домішок, якщо умови в їх чистому компоненті, межа твердої фази за визначених температур та тиску прогнозуються В наступному опису винаходу припускається, що потік природного газу належним чином оброблено для видалення сірчистих сполук та вуглекислого газу та висушено для видалення води з використанням добре відомих способів для отримання потоку "десульфованого сухого" природного газу Якщо потік природного газу містить важкі вуглеводні, які могли замерзнути при стисканні, або важкі вуглеводні небажані в складі зрідженого природного газу під тиском, важкий вуглеводень може бути видалений в процесі фракціонування до виробництва зріджденого природного газу під тиском, як описано нижче докладніше Одною перевагою цього винаходу є те, що Крім того, при здійсненні способу, що відповідає цьому винаходу, немає необхідності у видаленні помірних кількостей азоту, що містяться в природному газі, оскільки азот буде залишатися в рідкій фазі разом зі зрідженими вуглеводнями при робочих тисках та температурах, що відповідають цьому винаходу Здатність зменшення, або в деяких випадках виключення обладнання, що використовують для очистки газу та видалення азоту, дає значні технічні та економічні переваги Ці та ІНШІ переваги винаходу будуть краще зрозумілі з посиланням на фігури Як показано на Фіг 1 живильний потік 10 стиснутого природного газу, переважно, потрапляє в процес зрідження під тиском, що приблизно дорівнює 1724кПа, і переважніше, вище 4827кПа, і переважно при температурах, що нижче приблизно 40°С Але, при необхідності, можуть використовуватись різні температури та тиски і система може бути певним чином модифікована спеціалістами в цій галузі техніки, приймаючи до уваги сутність цього винаходу Якщо потік 10 газу має тиск нижче приблизно 1724кПа, він може бути стиснутий придатним компресорним засобом (не показано), який може містити один або більше компресорів Живильний потік 10 природного газу проходить в живильний охолоджувач 26, який може бути будь-якою охолоджуючою системою, що охолоджує потік природного газу до температури нижче 30°С Охолодження переважно здійснюють шляхом теплообміну з повітрям або водою Охолоджений потік 11 що виходить з живильного охолоджувача 26, подається в першу зону 33а охолодження звичайного теплообмінника 33 з багатокомпонентним холодоагентом, який доступний на ринку та відомий спеціалістам в цій галузі техніки Цей винахід не обмежується будь-яким типом теплообмінника, але з міркувань економічності переважними є теплообмінники з пластинчатою ребристою поверхнею, спіральними пластинами та з холодильною камерою Переважно всі потоки, що містять як рідку, так і пароподібну фазу, які прямують в теплообмінники, мають рідку та газоподібну фази, що рівномірно розподіляються вздовж площин поперечного перетину проходів, в які вони потрапляють Для отримання цього, переважно застосовувати роздільчий пристрій для окремих пароподібного та рідкого потоків Розділювачі можуть вводитися в багатофазні потоки, при необхідності, для розділення потоків на рідкий 14 13 57084 та пароподібний потоки Наприклад, розділювачі тку його кипіння або нижче неї Потім зріджений можна було б вводити в потоки 18 та 24, що навеприродний газ підтиском направляють по ЛІНІЯХ 20 дені на Фіг 1 (такі розділювачі не наведені на і 29 в придатний засіб 50 для зберігання та трансФіг 1), перед тим, як потоки 18 і 25 надійдуть в портування, такий як трубопровід, стаціонарна зони 33а та ЗЗЬ охолодження, ВІДПОВІДНО ємкість для зберігання, або транспортний засіб, такий як судно, вантажний автомобіль або залізТеплообмінник 33 може мати одну або більше нична цистерна для перевезення зрідженого призон охолодження, переважно, щонайменше дві родного газу під тиском зони Теплообмінник 33, показаний на Фіг 1, має дві зони 33а та ЗЗЬ охолодження Потік 11 природПри зберіганні, транспортуванні та користуного газу зріджують в зоні 33а охолодження шлявання зрідженим природним газом може з'явитись хом теплообміну з холодоагентом з охолоджуючої значна КІЛЬКІСТЬ "випарів", тобто парів, що отримасистеми 45 з багатокомпонентним холодоагентом, ні від випарювання зрідженого природного газу яка називається в цьому опису системою МКХ 45 Цей винахід, зокрема, добре придатний для зрідПереважний варіант виконання системи 45 з багаження випарів, що виділяються зрідженим приротокомпонентним холодоагентом показаний на дним газом під тиском Спосіб, що відповідає цьоФіг 9 і детальніше буде описаний нижче Холодоаму винаходу, може, при необхідності, забезпечити гент в системі з багатокомпонентним холодоагенповторне зрідження таких випарів Як показано на том виконаний з суміші вуглеводнів, які можуть Фіг 1, випари вводять в процес обробки, що відвключати, наприклад, метан, етан, пропан, бутани повідає винаходу, по лінії 22 При необхідності та пентани Переважний холодоагент має наступчастина потоку 22 може вводитися и направлятися ний склад в молекулярних % метан (25,8%), етан через зону 33а охолодження для нагрівання виве(50,6%), пропан (1,1%) і-бутан (8,6%), п-бутан дених випарів для наступного їх використання як (3,7%), та п-пентан (1,2%) Концентрація компонепалива і для здійснення додаткового охолодження нтів багатокомпонентного холодоагенту може резони 33а охолодження Частину потоку 22, що загулюватися для ВІДПОВІДНОСТІ характеристикам лишилась, направляють в зону ЗЗЬ охолодження, охолодження та конденсування живильного газу, де випари повторно зріджуються Зріджений прищо охолоджується, та вимогам до криогенної темродний газ, що виходить з зони ЗЗЬ охолодження ператури процесу зрідження Як приклад темпера(потік 28), нагнічується насосом 36 до отримання тури і тиску, придатних для охолоджуючої системи тиску зрідженого природного газу, що виходить з з багатокомпонентним холодоагентом з замкнутим гідравлічної турбіни 34, а потім комбінується з поциклом, багатокомпонентний холодоагент в лінії током 20 и направляється в придатний засіб 50 27 під тиском 345кПа і з температурою 10°С придля зберігання значений для звичайного стиснення і охолодження Потоки рідини, що виходять з гідравлічної турв системі 45 з багатокомпонентним холодоагентом біни 34 і насоса 36, переважно проходять через для отримання потоку 18 багатокомпонентної ріодин або більше розділювачів фаз (такі розділюдини, що має тиск 1207кПа і температуру 13,3°С вачі не показані на фігурах), які ВІДДІЛЯЮТЬ зріджеПотік 18 охолоджується в зоні 33а охолодження і ний природний газ від будь-якого газу, що не був додатково охолоджується в зоні ЗЗЬ охолодження зріджений в процесі обробки Робота таких роздідля отримання холодного потоку 23, що виходить лювачів добре відома спеціалістам в цій галузі з зони ЗЗЬ охолодження з температурою - 99°С техніки Зріджений газ потім надходить в засіб 50 Потік 23 потім розширюється звичайним клапаном для зберігання зрідженого природного газу під 46 Джоуля-Томпсона для отримання потоку 24 під тиском, і газоподібна фаза з розділювача фаз мотиском 414кПа та з температурою - 108°С Потік же використовуватись як паливо або рециркулю24 потім нагрівається в зоні ЗЗЬ охолодження і вати в процес зрідження потім додатково нагрівається в зоні 33а охолодження для отримання потоку 27 з температурою Фіг 2 ілюструє інший приклад здійснення ви10°С і тиском 345кПа Багатокомпонентний холонаходу На ній, як і на інших фігурах в цьому описі, доагент потім рециркулює в охолоджуючу систему елементи, що мають однакові номери, мають одз замкнутим циклом Згідно зі способом зріджденнакові робочі функції Спеціалісти в цій галузі техня, що показаний на Фіг 1, система 45 з багатокоНІКІ зрозуміють, що робоче обладнання від одного мпонентним холодоагентом є єдиною охолоджуюприклада здійснення цього винаходу до іншого чою системою з замкнутим циклом, що можуть мінятися в розмірах та продуктивністі для використовується для виробництва зрідженого роботи з різними швидкостями потоків, температуприродного газу під тиском рами та складами Як показано на Фіг 2, живильний потік природного газу входить в систему по лінії 10 і проходить через звичайний живильний Потік 19 зрідженого природного газу має теможолоджувач 26 Природний газ проходить від пературу вище приблизно - 112°С та тиск, достатживильного охолоджувача 26 в процес ЗО розшиній для того, щоб рідкий продукт був в точці початрення, який охолоджує потік природного газу до ку його кипіння або нижче и Якщо тиск потоку 19 температури, достатньої для конденсування щовище тиску, що потрібен для підтримання потоку найменше більшої частини більш важких вуглево10 в рідкій фазі, потік 19 може, при необхідності, днів, які є складовими частинами природного газу, проходити через одно або більше розширювальщо названі зрідженою частиною природного газу них засобів, таких як гідравлічна турбіна 34, для (ЗЧПГ) Зріджена частина природного газу вклюотримання зрідженого природного газу під тиском, чає етан, пропан, бутан, пентан, ізопентан та їм що має більш низький тиск, але все ще має темподібні При тисках, що знаходяться в межах від пературу вище приблизно - 112°С та тиск, достат4137Кпа до 7585кПа, температури, що необхідні ній для того, щоб рідикий продукт був в точці поча 16 15 57084 для здійснення конденсування, знаходяться в меможуть додатково вироблятись в фракціонуючій жах від приблизно 0°С до приблизно - 60°С Пеустановці 35 реважний приклад процесу ЗО розширення покаФіг 3 зображує інший приклад здійснення цьозано на Фіг 8, що докладніше описаний нижче го винаходу, в якому однокомпонентна охолоджуюча система з замкнутим циклом використовуєтьНижній ПОТІК З процесу ЗО розширення прохося для попереднього охолодження потоку 10 дить в нижню фракціонуючу установку 35, загальприродного газу перед зрідженням з одержанням на робота якої добре відома спеціалістам в цій зрідженого природного газу під тиском Спосіб, галузі техніки Фракціонуюча установка 35 перевапоказаний на Фіг 3, подібний до способу, що покажно може містити одну або більше фракціонуючих заний на Фіг 2, за виключенням того, що охолоколон (не показані на Фіг 2), які розділяють нижній джуюча система 40 з замкнутим циклом викорисрідкий потік 12 на задані КІЛЬКОСТІ етану, пропану, товується для забезпечення щонайменше частини бутану, пентанута гексану Фракціонуюча установохолодження для живильного охолоджувача 26 і ка переважно містить безліч фракціонуючих колон для забезпечення охолодження теплообмінника (не показані), таких як етановідгонна колона, що 60 Потік 11, ЩО ВИХОДИТЬ З ЖИВИЛЬНОГО охолоджувиробляє етан, пропановідгонна колона, що вировача 26, проходить безпосередньо в звичайний бляє пропан, та бутановідгонна колона, що виробдеметанізатор 80 без необхідності в процесі розляє бутан, і всі вони можуть використовуватись як ширення, що застосовується згідно зі способом, додаткові холодоагенти для охолоджуючої систещо показаний на Фіг 2 Охолоджуюча система 40 ми 45 з багатокомпонентним холодоагентом або може бути звичайною охолоджуючою системою з будь-якою придатною охолоджуючою системою замкнутим циклом, що як холодоагент містить Додаткові потоки холодоагенту разом показані на пропан, пропилен, етан, вуглекислий газ або будьФіг 2 ЛІНІЄЮ 15 Якщо живильний потік 10 містить яку іншу придатну рідину високі концентрації СО , один або більше додаткових потоків 15 холодоагента можуть вимагати На Фіг 3 рідкий холодоагент в лінії 18а від очистки для видалення ССЬ з метою усунення поохолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним тенційних проблем закупорювання охолоджуючого холодоагентом може, при необхідності, охолоджуобладнання Функціонуюча установка 35 буде певатись в теплообміннику 70 холодоагентом в пореважно включати процес видалення ССЬ , якщо тоці 27, який повертається в охолоджуючу систему концентрація ССЬ без нього перевищувала біля З 45 з багатокомпонентним холодоагентом з тепломолекулярних % Рідини видаляють з фракціонуюобмінника 33 Потік 18а може додатково охолочої установки 35 як концентровані продукти, які джуватись в теплообміннику 60 холодоагентом з разом позначені на Фіг 2 як потік 14 Верхні потоохолоджуючої системи 40, що має потік 51 холоки, що виходять з фракціонуючих колон фракціодоагенту, що циркулює поміж охолоджуючою сиснуючої установки 35, багаті на етан та ІНШІ легкі темою 40 та теплообмінником 60 В цьому приклавуглеводні, які разом показані на Фіг 2 як потік 13 ді значна частина необхідного охолодження направляється в звичайну охолоджуючу систему Багатий на метан потік 16 з метановідгонної 40 з однокомпонентним холодоагентом з замкнуколони ЗО комбінується з багатим на етан потоком тим циклом, таку як пропанова система Хоча не13 і проходить як потік 17 в зону 33а охолодження обхідні додаткові теплообмінники, розміри та варзмішаним холодоагентом для зрідження природнотість теплообмінника 33 будуть зменшені го газу Охолодження зони 33а забезпечується звичайною охолоджуючою системою 45з багатоФіг 4 ілюструє інший приклад здійснення спокомпонентним холодоагентом, що описана вище собу, що відповідає цьому винаходу, в якому оходетальніше відносно опису системи з багатокомлоджуюча система 33 з багатокомпонентним хопонентним холодоагентом, що показана на Фіг 1 лодоагентом з замкнутим циклом попередньо Хоча багатокомпонентні холодоагенти циркулюохолоджує живильний потік природного газу перед ють в системі з замкнутим циклом, якщо виникає фракцююванням, і охолоджуюча система також утрата холодоагентів з системи через витік, додатзнижує потік природного газу для одержання зрідкові холодоагенти можуть бути отримані з фракціженого природного газу під тиском Живильний онуючої установки 35 (ЛІНІЯ 15) Згідно зі способом потік природного газу надходить в систему по лінії зрідження, наведеним на Фіг 2, охолоджуюча сис10 і проходить через живильний охолоджувач 26, тема 45 з багатокомпонентним холодоагентом є що охолоджує, і може частково зріджувати прироєдиною охолоджуючою системою з замкнутим подний газ Природний газ потім проходить по лінії током, що використовується для зрідження живи11 в першу зону 33а охолодження теплообмінника льного потоку 10 природного газу 33 з багатокомпонентним холодоагентом Теплообмінник 33 в цьому прикладі має три зони (33а, Потік 19 зрідженого природного газу, що ЗЗЬ, 33с) охолодження Друга зона ЗЗЬ охоловиходить з зони 33а охолодження зі змішаним ходження розташована між першою зоною 33а охолодоагентом, проходить через гідравлічну турбіну лодження та третьою зоною 33с охолодження та 34 для зниження тиску рідини для отримання зрідпрацює з більш низькою температурою, ніж перша женого природного газу під тиском з температурою зона охолодження, і з більш високою температувище приблизно- 112°С та тиском, достатнім для рою, ніж третя зона охолодження того, щоб зріджений природний газ під тиском був в точці початку його кипіння або нижче неї ГолоЧастково зріджений природний газ виходить з вною перевагою цього прикладу здійснення винапершої зони 33а охолодження і проходить по лінії ходу є те, що можливе добування важкого вугле11а в деметанізатор 80 Деметанізатор 80 фракцівод ня в розширючій установці і холодоагенти онує природний газ для отримання богатого метаном верхнього потоку 16 і нижнього потоку 12 Ни 17 57084 жній потік 12 проходить в фракціонуючу установку 35, яка подібна описаній вище відносно Фіг 2 Збагачений метаном потік 16 з деметанізатора ЗО і верхній потік 13 продукта з фракціонуючої установки 35 комбінуються і проходять як потік 17 в другу зону ЗЗЬ охолодження теплообмінника 33 Потік 19, що виходить з другої зони ЗЗЬ охолодження, проходить через один або більше розширюючих засобів, таких як гідравлічна турбіна 34 Гідравлічна турбіна 34 виробляє холодний розширений потік 20 (СВГПТ), який проходить в засіб 50 для зберігання при температурі вище приблизно 112°С і під тиском, достатнім для того, щоб рідкий продукт був в точці початку його кипіння або нижче неї Випари, що з'являються внаслідок випарення зріддженого природного газу всередені ємкості при транспортуванні або виконанні навантажувальних операцій можуть, при необхідності, подаватись по лінії 22 в третю зону 33с охолодження, в якій випари зріджюються При необхідності, частина випарів може пропускатись через другу зону ЗЗЬ охолодження для нагріву випарів перед використанням як паливо (потік 38) Зріджений природний газ, що виходить з зони 33с охолодження, нагнітають насосом 36 до отримання тиску зрідженого природного газу під тиском в потоці 20 і потім подають в засіб 50 для зберігання Приклад здійснення винаходу, показаний на Фіг 4, дозволяє видалити важкий вуглеводень і поповнити холодоагент буз суттєвого падіння тиску так, як це необхідно в прикладі, що показаний на Фіг 2, або дає додаткову охолоджуючу систему таку, як в прикладі, показаному на Фіг З Фіг 5 ілюструє ще один приклад здійснення цього винаходу, в якому живильний природний газ охолоджується живильним охолоджувачем 26, і природний газ зріджується в теплообміннику 33, який охолоджується охолоджуючою системою 45 з замкнутим циклом, в якій використовують в якості холодоагенту як багатокомпонентну рідину, так і багатокомпонентний пар Це припускає зрідження випарів в сховищі за допомогою тільки багатокомпонентного пару Цей приклад здійснення цього винаходу подібний до прикладу, що показаний на Фіг 2, за виключенням роботи теплообмінної системи 33 з багатокомпонентним холодоагентом Переважний приклад виконання охолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним холодоагентом, в якій використовують як пароподібний, так і рідкий холодоагенти, показаний на Фіг 10 і детальніше буде описаний нижче Як показано на Фіг 5 живильний потік природного газу надходить в систему по лінії 10 і проходить через живильний охолоджувач 26, який містить один або більше теплообмінників, частково зріджуючих природний газ В цьому прикладі охолодження переважно виконують шляхом теплообміну з повітрям або водою Живильний охолоджувач 26 при необхідності охолоджується звичайною охолоджуючою системою 40 з замкнутим циклом, в якій охолоджуючим холодоагентом є пропан, пропилен, етан, вуглекислий газ або будь-який інший придатний холодоагент Як приклад температури та тиску, придатних для охолоджуючої системи з багатокомпонентним 18 холодоагентом і замкнутим циклом, що приведена на Фіг 5, можна привести багатокомпонентний холодоагент в лінії 27 під тиском 345кПа і з температурою 10°С, призначений для звичайного стиснення та охолодження в охолоджуючій системі 45 з багатокомпонентним холодоагентом для отримання багатокомпонентного потоку 18 рідини і багатокомпонентного потоку 21 пари, кожний з яких має тиск 1207кПа і температуру 13,3°С Потік 21 пари додатково охолоджується в зоні 33а охолодження і ще більше охолоджується в зоні ЗЗЬ охолодження для одержання холодного потоку 23, що виходить з зони ЗЗЬ охолодження з температурою - 99 °С Потік 23 потім розширюється звичайним клапаном 46 Джоуля-Томпсона для отримання потоку 24 з тиском 414кПа і температурою 108°С Потік 24 потім нагрівається в зоні ЗЗЬ охолодження, після чого додатково нагрівається в зоні 33а охолодження для отримання потоку 27 з температурою 10°С і тиском 34кПа Потік 18 охолоджується в зоні 33а охолодження і потім розширюється звичайним клапаном 47 ДжоуляТомпсона Розширений потік рідини, що виходить з розширюючого клапану 47, комбінується з потоком 25 і рециркулює Цей приклад здійснення винаходу має перевагу, яка полягає в тому, що випари повторно зріджуються з використанням тільки пароподібного багатокомпонентного холодоагенту На фіг 6 наведено ще один приклад здійснення цього винаходу, який подібний до прикладу, показаному на Фіг 2, за виключенням того, що теплообмінник 33 з багатокомпонентним холодоагентом має тільки одну зону (33а) охолодження, і випари змішуються з потоками 116 і 13 природного газу замість зрідження окремою зоною охолодження теплообмінника 33 Випари 22 спочатку проходять через зону 33а охолодження для забезпечення охолодження більш теплих потоків 17 і 18, які проходять через теплообмінник 33а Після виходу з зони 33а охолодження частина потоку 22 може, при необхідності, виводиться (потік 38) як паливо для отримання енергії для станції для виробництва зрідженого природного газу під тиском Друга частина потоку 22 проходить в компресор 39 для стиснення випарів приблизно до тиску газу в потоці 17 Випари (потік 32), що виходять з компресора 39, потім комбінуються з потоком 17 Цей приклад не вимагає змішування криогенних рідин і може працювати простіше, ніж приклад, наведений на фіг 2 Фіг 7 зображує ще один приклад здійснення цього винаходу, в якому живильний газ охолоджується живильним охолоджувачем 26, і природний газ зріджується в теплообміннику 33 з багатокомпонентним холодоагентом, що охолоджується системою 45 з замкнутим циклом, в якій як холодоагент використовується як багатокомпонентна рідина (потік 18), так і багатокомпонентна пара (потік 21) Обробка, що показана на Фіг 7, подібна роботі способа, що показаний на фіг 5, за виключенням того, що щонайменше частина випарів 22 стискається компресором 39 приблизно до тиску потоку 16 газу, і стиснутий потік 32 випарів комбінується з потоком 16 природного газу Потік 17, що містить пари від процесу ЗО розширення, пари з 19 57084 фракціонуючої установки 35 і випари з потоку 32, потім проходить через зони 33а і ЗЗЬ охолодження теплообмінника 33 для зрідження потоку 17 газу для виробництва зрідженого природного газу під тиском (потік 19) Як показано на фіг 7 частина потоку 22 переважно виводиться та проходить через зони ЗЗЬ і 33а і виходить з теплообмінника 33 (потік 38) для використання як палива Переважний спосіб ЗО розширення для використання при здійсненні способів, показаних на Фіг 2, 5, 6 І 7, показаний на Фіг 8 Як показано на Фіг 8, потік 11 газу розділюється на два окремих потока 100 і 101 Потік 100 газу охолоджується в теплообміннику 102 холодним залишковим газом в лінії 104 Потік 101 газу охолоджується теплообмінником 105 відводного вторинного випарювача, через який тече потік рідини, що надходить в звичайний розділювач 106 фаз Розділювач 106 розділяє потік 103 на потік 107 рідини і потік 108 пари Потік 108 пари розширюється для зменшення його тиску, наприклад, за допомогою турборозширювача 109 Це розширення додатково охолоджує газ перед тим, як його подають у верхній район метановідгонної колони 80 Потік 107 конденсованої рідини проходить через клапан 110 ДжоуляТомпсона для розширення і додаткового охолодження потоку 107 рідини перед тим, як вона проходить в метановідгонну колону 80 Залишковий газ з верхньої частини метановідгонної колони 80 подається в теплообмінник 102 і проходить через компресор 111, який забезпечується потужністю, щонайменше частково, розширювачем 109 Стиснутий багатий метаном потік 16, що виходить з процесу ЗО розширення, далі обробляється згідно зі способом, що відповідає цьому винаходу Деметанізатор виробляє нижній потік 12 рідини, який більшою частиною являє собою зріджені частинки природного газу (ЗЧПГ), в першу чергу етан, пропан, бутан, пентан і більш важкі вуглеводні Додаткові приклади процесу ЗО розширення, придатні для використання при здійсненні цього винаходу, описані в патенті США № 4698081 і в публікації Gas Conditioning and Processing, Volume 3 of Advanced Techniques and Applications, John M Campbell and Co, Tulsa, Oklahoma (1982) На Фіг 9 зображена блок-схема переважної охолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним холодоагентом для використання в прикладах здійснення винаходу, зображених на Фіг 1, 2, 3, 4 і 6 Як показано на Фіг 9 потік 27 надходить в звичайний компресор 150 для стиснення холодоагенту Після компресору 150 стиснений потік 151 охолоджується при проходженні через звичайний охолоджувач 152, такий як повітряний або водяний охолоджувач, перед тим, як потік 151 надходить в звичайний розділювач 153 фаз Пара з розділювача 153 фаз проходить у вигляді потоку 154 в компресор 155 Після компресору 155 стиснена охолоджуюча пара (потік 156) охолоджується звичайним охолоджувачем 157 для одержання охолодженого потоку 18 холодоагента Потік 158 рідини з розділювача 152 фаз нагнічується насосом 159 для одержання приблизно такого ж тиску, як тиск на виході компресора 155 Стиснена рідина після насосу 159 (потік 160) комбінується з потоком 156 до 20 охолодження охолоджувачем 157 Фіг 10 зображує блок-схему переважної охолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним холодоагентом для використання в прикладах здійснення винаходу, що показані на Фіг 5 і 7 Охолоджуюча система з багатокомпонентним холодоагентом, що показана на Фіг 10, подібна до охолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним холодоагентом, що показана на Фіг 9, за виключенням того, що після комбінування потоку 160 рідкого холодоагенту і потоку 156 пари і охолодження їх охолоджувачем 157, охолоджений потік з охолоджувача 157 проходить в звичайний розділювач 161 фаз Пара, що виходить з розділювача 161, стає потоком 21 пари, і рідина, що виходить з розділювача 161, стає потоком 18 рідини Приклади Імітований баланс маси та енергії був виконаний для ілюстрації прикладів здійснення цього винаходу, що показані на фігурах, а результати наведені нижче в таблицях 1-7 Дані, що наведені нижче в таблицях, запропоновані для кращого розуміння прикладів здійснення винаходу, що наведені на Фіг 1 - 7 , але винахід не повинен тлумачитись як обмежений цими прикладами Температури та швидкості потоків, що наведені в таблицях, не повинні розглядатись як обмеження винаходу, який може мати безліч варіацій температур і швидкостей потоків в межахйого об'єму Таблиці відповідають фігурам наступним чином таблиця 1 відповідає Фіг 1, таблиця 2 відповідає Фіг 2, таблиця 3 відповідає Фіг 3, таблиця 4 відповідає Фіг 4, таблиця 5 відповідає Фіг 5, таблиця 6 відповідає Фіг 6 і таблиця 7 відповідає Фіг 7 Дані були отримані з використанням доступної на ринку програми імітації способу під назвою HYSYS™, PROII™ і ASPEN PLUS™ , кожна з яких відома спеціалістам в даній галузі техніки Дані, що наведені в таблиці 3, передбачають, що приклад здійснення винаходу, що показаний на Фіг 3, мав пропанову охолоджуючу систему 40 для охолодження живильного потоку З використанням базової блок-схеми способу, що показана на Фіг 3, і з використанням однакових складу та температури потоку, сумарна установлена потужність для виробництва звичайного зрідженого природного газу, що необхідна, (при тиску, близькому до атмосферного, та температурі - 160 °С) була більше, як в ДВІЧІ вища, ніж установлена потужність Що необхідна для виробництва зрідженого природного газу під тиском з використанням прикладу здійснення цього винаходу, показаного на Фіг 3 185680КВТ ДЛЯ виробництва зрідженого газу проти 89040кВт для виробництва зрідженого природного газу під тиском Це порівняння було виконано з використанням імітатора способу HYSYS™ Спеціаліст в цій галузі техніки, зокрема що користується перевагами, що запропоновані цім патентом, знайде безліч модифікацій і варіантів здійснення конкретних способів, що описані вище Наприклад, безліч різних температур і тисків може використовуватись згідно з винаходом в залежності від загальної конструкції системи і складу живильного газу Крім того, ланцюжок охолодження живильного газу може бути доповнений або зміне 57084 22 21 ний в залежності від загальних конструктивних описані, не слід використовувати для обмеження потреб для досягнення вимог оптимального і ефеоб'єму винаходу, який визначений наведеними ктивного теплообміну Як викладено вище, варіаннижче пунктами формули винаходу та їх еквівалети здійснення винаходу і приклади, що конкретно нтами Таблиця 1 Потік Фаза 10 11 18 19 20 22 23 24 25 27 28 29 38 Пара/ Рідина П П П/Ж Ж Ж П Ж П/Ж П/Ж П Ж Ж П Тиск Тем-ра кПа °С 5571 5502 2068 5295 2586 2586 1793 414 379 345 2448 2586 2517 21,1 13,3 13,3 -93,9 -95,6 -94,4 -103,3 -106,1 -99,4 11,1 -103,3 -95,6 11,1 Швидкість потоку Кгмоль/ годину 7172 7172 9613 7172 7172 797 9613 9613 9613 9613 428 7620 384 Склад (молекулярний %) СІ 84,06 84,06 20 84,06 84,06 98 20 20 20 20 98 84,85 98 с2 6,76 6,87 46 6,87 6,87 0,68 46 46 46 46 0,68 6,52 0,68 С3+ СО2 N2 8,6 8,6 34 8,6 8,6 0,09 34 34 34 34 0,09 8,11 0,09 0,18 0,18 0 0,18 0,18 0,05 0 0 0 0 0,05 0,18 0,05 0,29 0,29 0 0 29 0,29 1,18 0 0 0 0 1,18 0,34 1,18 Таблиця 1 (продовження) Потужність Потужність (к с) Потужність (кВт) 13800 4700 10291 3505 -270 -201 2 1 110 82 18300 18900 13647 14094 КомпресориКомпресори охолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним холодоагентом Етап 1 Етап 2 Розширювачі Розширювач 34 Насоси Насос 36 Насос охолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним холодоагентом Корисна потужність Сумарна установлена потужність Таблиця 2 Потік Фаза 1 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Пара/ Рідина 2 П/Ж П/Ж Ж П/Ж Ж П/Ж П П П/Ж Ж Ж Тиск Тем-ра кПа °С 3 5585 5516 4757 5019 138 3378 5019 5019 2068 4813 2448 4 21,1 4,4 206,7 62,2 26,7 13,3 5,0 4,4 13,3 -93,3 -95,6 Швидкість потоку кгмоль/ годину 5 36707 36707 682 115 508 55 36010 36159 52048 36159 36159 Склад (молекулярний %) Сі 6 92,6 92,6 3,97 11,21 0 25,81 94,27 94,02 25,81 94,02 94,02 с2 7 3,9 3,9 9,54 32,57 0 50,63 3,79 3,88 50,63 3,88 3,88 С 3+ СО2 N2 8 2,48 2,48 85,44 53,25 100 23,56 0,92 1,08 23,56 1,08 1,08 9 0,98 0,98 1,05 2,97 0 0 10 0,04 0,04 0 0 0 0 0,98 0 0,98 0,98 0,04 0 0,04 0,04 Продовження таблиці 2 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 22 23 24 25 27 28 29 38 П Ж П/Ж П/Ж П Ж Ж П 23 2861 2827 414 379 345 2689 2861 2758 -90,0 -99,4 -108,3 -104,4 10,0 -99,4 -95,6 10,0 2988 52048 52048 52048 52048 1584 37703 1410 57084 99,11 25,81 25,81 25,81 25,81 99,11 94,23 99,11 24 0,46 50,63 50,63 50,63 50,63 0,46 3 74 0,46 0,01 23,56 23,56 23,56 23,56 0,01 1,03 0,01 0,28 0 0 0 0 0,28 0,96 0,28 0,14 0 0 0 0 0,14 0,04 0,14 Таблиця З Потужність (к с) Потік Фаза Пара/ 10 11 12 ІЗ 14 15 16 17 18 18а 19 20 22 23 24 25 27 27а 28 29 38 рідина П/Ж П/Ж Ж П/Ж Ж П/Ж П П/Ж П/Ж П Ж Ж П Ж П/Ж П/Ж П П Ж Ж п Тиск Тем-ра кПа °С 5516 5378 5378 5295 138 3378 5295 5295 2586 2723 5088 2861 2827 2310 414 379 345 276 2689 2861 2758 4,4 -34,4 187,8 61,7 26,7 13,3 -34,4 -33,9 -34,4 13,3 -92,8 -95,6 -90,0 -99,4 -107,8 -103,3 -35,6 7,8 -99,4 -95,6 -35,6 Швидкість Потоку кгмоль/ годину 36707 36707 817 169 548 90 35910 36060 26995 26995 36060 36060 2988 26995 26995 26995 26995 26995 1429 37504 1559 Потужність(кВт) 2300 1715 75000 28000 10 55928 20880 7 -2300 -1050 -1715 -783 10 7 480 38 20 15 102500 109200 Компресори Компресор процесу ЗО розширення Компресори охолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним холодоагентом Етап 1 Етап 2 Компресор фракціонуючої установки 35 Розширювачі Розширювач процесу ЗО розширення Розширювач 34 Насоси Насос 36 Насос охолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним холодоагентом Насос подачі продукта фракціонуючої установки 35 Корисна потужність Сумарна установлена потужність 76435 81432 Таблиця 3 (продовження) Склад (молекулярний %) С, 92,6 92,6 5,43 12,33 0 26,05 94,58 94,2 25 25 94,2 94,2 99,11 25 25 25 25 25 99,11 94,38 99,11 с2 3,9 3,9 13,04 33,85 0 54,69 3,69 3,83 75 75 3,83 3,83 0,46 75 75 75 75 75 0,46 3,7 0,46 С 3+ С02 N2 2,48 2,48 80,05 50,47 100 19,26 0,72 0,95 0 0 0,95 0,95 0,01 0 0 0 0 0 0,01 0,93 0,01 0,98 0,98 1,48 3,35 0 0 0,97 0,98 0 0 0,98 0,98 0,28 0 0 0 0 0 0,28 0,95 0,28 0,04 0,04 0 0 0 0 0,04 0,04 0 0 0,04 0,04 0,14 0 0 0 0 0 0,14 0,04 0,14 Потужність Потужність (к с) Компресори Компресор охолоджуючої системи 40 Потужність(кВт) 25 57084 Етап 1 Етап 2 Компресори охолоджуючої системи 45 з Багатокомпонентним холодоагентом Етап 1 Етап 2 Компрессор фракціонуючої установки 35 Розширювач Розширювач 34 Насоси Насос 36 Насос подачі продукта фракціонуючої установки 35 Корисна потужність Сумарна установлена потужність 26 14600 29700 10887 22148 7 52700 21100 20 39299 15735 15 -1200 -895 10 25 7 19 117000 119400 87248 89038 Таблиця 4 Потік Фаза 10 11 11а 12 13 14 15 16 18 19 20 22 23 24 25 27 28 29 38 Пара/ рідина П/Ж П/Ж П/Ж Ж П/Ж Ж П/Ж П П/Ж Ж Ж П Ж П/Ж П/Ж П Ж Ж П Тиск Тем-ра кПа °С 5585 5516 5378 5378 5295 138 3378 5295 2758 5088 2861 2827 2275 414 379 310 2689 2861 2758 21,1 4,4 -34,4 187,8 61,7 26,7 13,3 -34,5 13,3 -92,8 -95,6 -90,0 -99,4 -108,3 -104,4 11,7 -99,4 -95,6 -41,1 Швидкість Потоку Кгмоль/ Годину 36707 36707 36707 817 169 548 90 35910 43331 36060 36060 2988 43331 43331 43331 43331 1584 37654 1405 Склад (молекулярний %) Сі 92,6 92,6 92,6 5,43 12,33 0 26,05 94,58 26,25 94,2 94,2 99,11 26,25 26,25 26,25 26,25 99,11 94,4 99,11 с2 3,9 3,9 3,9 13,04 33,85 0 54,69 3,69 50,5 3,83 3,83 0,46 50,5 50,5 50,5 50,5 0,46 3,69 0,46 С 3+ СО2 N2 2,48 2,48 2,48 80,05 50,47 100 19,26 0,72 23,25 0,95 0,95 0,01 23,25 23,25 23,25 23,25 0,01 0,92 0,01 0,98 0,98 0,98 1,48 3,35 0 0 0,97 0 0,98 0,98 0,28 0 0 0 0 0,28 0,95 0,28 0,04 0,04 0,04 0 0 0 0 0,04 0 0,04 0,04 0,14 0 0 0 0 0,14 0,04 0,14 Таблиця 5 Потужність 1 Компресори Компресори охолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним холодоагентом Етап 1 Етап 2 Компресор фракціонуючої установки 35 Розширювач Розширювач 34 Насоси Насос 36 Насос охолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним холодоагентом Потужність (к с) 2 Потужність (кВт) 3 70500 31900 20 525731 23788 15 -1200 -895 10 7 670 500 Продовження таблиці 5 Потужність 1 Насос подачі продукта фракціонуючої установки 35 Корисна потужність 2 25 3 19 27 57084 28 Сумарна установлена потужність 101900 104300 75988 77778 Таблиця 5 (продовження) Потужність Потужність (к с) Потужність (кВт) 2300 0 84900 31800 10 63311 23714 7 -2300 -1050 10 -1715 -783 0 7 500 373 20 15 116200 122900 86652 91648 Компресори Компресор процесу ЗО розширення Компресори охолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним холодоагентом Етап 1 Етап 2 Компресор фракціонуючої установки 35 Розширювачі Розширювач процесу ЗО розширення Розширювач 34 Насоси Насос 36 Насос охолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним холодоагентом Насос подачі продукта фракціонуючої установки 35 Корисна потужність Сумарна установлена потужність Таблиця 6 Потік Фаза 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 22 23 24 27 32 38 Рідина П/Ж П/Ж Ж П/Ж Ж П/Ж П П П/Ж Ж Ж П Ж П/Ж П П П Пара/ Тиск Тем-ра КПа °С 5585 5516 4757 5019 138 3378 5019 5019 2068 4813 2862 2827 1862 414 379 5019 2758 21,1 4,4 206,7 62,2 26,7 13,3 5,0 6,7 13,3 -93,3 -95,6 -90,0 -93,3 -105,0 8,9 62,8 8,9 Швидк потоку кгмоль/ годину 36707 36707 682 115 508 55 36010 37753 53343 37753 37753 2988 53343 53343 53343 1609 1380 Склад (молекулярний %) Сі 92,6 92,6 3,97 11,21 0 25,81 94,27 94,23 26 94,23 94,23 99,11 26 26 26 94,11 99,11 с2 3,9 3,9 9,54 32,57 0 50,63 3,79 3,74 50 3,74 3,74 0,46 50 50 50 0,46 0,46 С 3+ СО2 N2 2,48 2,48 85,44 53,25 100 23,56 0,92 1,04 24 1,04 1,04 0,01 24 24 24 1,01 0,01 0,98 0,98 1,05 2,97 0 0 0,98 0,95 0 0,95 0,95 0,28 0 0 0 0,28 0,28 0,04 0,04 0 0 0 0 0,04 0,04 0 0,04 0,04 0,14 0 0 0 0,14 0,14 Таблиця 7 1 Компресори Компресор процесу ЗО розширення Потужність (к с) 2 Потужність (кВт) 3 2300 1715 Продовження таблиці 7 1 Компресори охолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним холодоагентом 2 3 29 57084 Етап 1 Етап 2 Компресор фракціонуючої установки 35 Компресор 39 Розширювачі Розширювач процесу ЗО розширення Розширювач 34 Насоси Насос охолоджуючої системи 45 з багато компонентним холодоагентом Насос подачі продукта фракціонуючої установки 35 Корисна потужність Сумарна установлена потужність ЗО 73900 25100 10 1100 55107 18717 7 820 -2300 -1100 -1715 -820 480 20 538 15 99500 106300 74197 79268 Таблиця 7(продовження) Потік Фаза 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 32 38 41 42 43 Рідина П/Ж П/Ж Ж П/Ж Ж П/Ж П П Ж Ж Ж П П Ж П/Ж П/Ж П/Ж П П П Ж П/Ж П/Ж Пара/ Тиск Тем-ра кПа °С 5585 5516 4757 5019 138 3378 5019 5019 2689 4606 2861 2689 2827 2275 483 414 2482 379 5033 2723 2482 414 414 21,1 4,4 206,7 62,2 26,7 13,3 5,0 4,4 13,3 -93,3 -95,6 19,4 -90,0 -93,3 -109,4 -51,1 -45,6 12,8 -53,3 12,8 -45,6 -54,4 -51,1 Швидк потоку кгмоль/ годину 36707 36707 682 115 508 55 36010 37604 19673 37604 37604 32773 2988 32773 32773 32773 32773 52446 1484 1509 19673 19673 52446 Склад (молекулярний %) Сі 92,6 92,6 3,97 11,21 0 25,81 94,27 94,22 6,66 94,22 94,22 35,21 99,11 35,21 35,21 35,21 35,21 24,5 99,11 99,11 6,66 6,66 24,5 с2 3,9 3,9 9,54 32,57 0 50,63 3,79 3,75 45,52 3,75 3,75 57,81 0,46 57,81 57,81 57,81 57,81 53,2 0,46 0,46 45,52 45,52 53,2 С 3+ СО2 N2 2,48 2,48 85,44 53,25 100 23,56 0,92 1,03 47,82 1,03 1,03 6,98 0,01 6,98 6,98 6,98 6,98 22,3 0,01 0,01 47,82 47,82 22,3 0,98 0,98 1,05 2,97 0 0 0,98 0,98 0 0,96 0,96 0 0,28 0 0 0 0 0 0,28 0,28 0 0 0 0,04 0,04 0 0 0 0 0,04 0,04 0 0,04 0,04 0 0,14 0 0 0 0 0 0,14 0,14 0 0 0 Таблиця Потужність 1 Компресори Компресор процесу ЗО розширення Компресори охолоджуючої системи 45 з багато компонентним холодоагентом Етап 1 Етап 2 Компресор фракціонуючої установки 35 Компресор 39 Розширювачі Потужність (к с) 2 Потужність (кВт) 3 2300 1715 80000 31500 10 450 59656 23490 7 3,36 Продовження таблиці Потужність 1 Розширювач процесу ЗО розширення 2 -2300 3 -1715 31 57084 32 Розширювач 34 Насоси Насос охолоджуючої системи 45 з багатокомпонентним холодоагентом Насос подачі продукта фракціонуючої установки 35 Корисна потужність Сумарна установлена потужність -980 -731 690 20 515 15 111700 118300 83295 88216 •50 -29 Зберігання СВГПТ Випари Живильний 1Q потік охолоджувач і" 15 ФІГ. 1 зз г ззь Випари 22 Паливо Живильний 10 потік -26 ЖИВИЛЬНИЙ охолодора* ПГ -11 Процес розширення X 35 Фракціонуюча установка Фіг. 2 -14 Холодагент Конденсат 34 57084 33 -29 Випари Паливо - X 60 51 Фіг. З 22-, Випари — ^ ХолодагентКонденсат Живильний потік 1 3 1 - Фракціонуюча 5 14 установка • Живильний охолоджувач 12 -14 Холодагент Конденсат Деметанізатор Зберіганні] СВГПТ 57084 35 36 2 8 3 3 Випари 22 с 40 ^Охолоджуюча; П а л и в о - * система 26 Ж и в и л ь н и й !£: потік Живильний Холодагент ~т—**- Конденсат Фіг. 5 Випари 22 (Охолоджуюча: [ система __ Живильний ! ^ ПОТІК Холодагент Конденсат ФІГ. 6 37 57084 38 Випари 22-* 50 .С 40 Паливо 39 {Охолоджуюча; • система 171В -зо ЖИВИЛЬНИЙ Процес розширення -11 13 у 45 35 15 Фракціонуюча установка -14 Холодагент Конденсат Фіг. 7 зо -0 14 1 2 Фіг. 8 14 5 Фіг. 9 39 57084 154 40 155 158 Фіг. 10 Комп'ютерна верстка Н Кураєва 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