Спосіб обробки випарного газу і система для його здійснення

1. Спосіб обробки випарного газу, регенерованого в складському резервуарі кріогенної рідини, що включає операції, при яких: a) стискають випарний газ; b) охолоджують стиснений випарний газ таким чином, щоб одержати рідку фракцію й охолоджену фракцію пари; c) відділяють рідку фракцію й охолоджену газоподібну фракцію; d) повторно направляють рідку фракцію в складський резервуар кріогенної рідини; і е) стискають охолоджену газоподібну фракцію до тиску, придатного для її використання як паливного газу і/або газу регенерації. 2. Спосіб за п. 1, який відрізняється тим, що випарний газ стискають до тиску від 3 до 6 бар в операції а). 3. Спосіб за п. 1 або 2, який відрізняється тим, що операція охолодження стисненого випарного газу включає дію, при якій стиснений випарний газ пропускають через зону охолодження. 4. Спосіб за п. 3, який відрізняється тим, що операція охолодження стисненого випарного газу включає дію, при якій стиснений випарний газ пропускають із забезпеченням теплообміну його протитоку із змішаним хладагентом. 5. Спосіб за п. 4, який відрізняється тим, що змішаним хладагентом є окремий змішаний хладагент. 6. Спосіб за пп. 1-5, який відрізняється тим, що рідку фракцію і охолоджену фракцію пари охолоджують до температури, яка дорівнює або незнач 2 (19) 1 3 96052 4 зані з вихідним отвором сепаратора для охолодженої фракції пари; і - лінію, за допомогою потоку середовища зв'язану з вихідним отвором другого компресора і системи паливного газу/газу регенерації. 14. Система за п. 13, яка відрізняється тим, що першим компресором є компресор низького тиску, а другим компресором є компресор високого тиску. 15. Система за п. 13 або 14, яка відрізняється тим, що зону охолодження використовують в установці зрідження матеріалу потоку середовища. Область винаходу Даний винахід відноситься до способу і системи обробки випарного газу з складського резервуару кріогенної рідини, наприклад, випарного газу з складського резервуару зрідженого природного газу (LNG) або продукту зріджування природного газу (NGL). Суть винаходу Звичайно зріджування газів при кріогенних температурах вимагає джерела охолоджування, такого як змішаний пропановий хладагент або установка каскадного типу для виробництва хладагента. Зокрема, окремий змішаний хладагент із замкнутим контуром особливо підходить для введення в установку зріджування з метою обробки природного газу або газу вугільного шару (CSG). Винахідники дійшли висновку, що збільшення продуктивності при отриманні LNG і додаткові експлуатаційні можливості установки зріджування можуть бути досягнуті шляхом перенаправлення випарних газів, одержаних в низькотемпературних складських резервуарах, в установку охолоджування і зріджування вказаних газів, з метою регенерування надалі зрідженого метану і газової фракції з складом вуглеводню, які більш підходять для використання як паливний газ або газ регенерації, активізуючий різні компоненти в установці зріджування. Відповідно до вказаного вище, в першому аспекті даного винаходу, запропонований спосіб обробки випарного газу, регенерованого в складському резервуарі кріогенної рідини, включає операції, при яких: - стискають випарний газ; - охолоджують стиснений випарний газ так, щоб одержати рідку фракцію і охолоджену фракцію пари; - розділяють рідку фракцію і охолоджену газоподібну фракцію; і - повторно направляють рідку фракцію в складський резервуар кріогенної рідини. У одному з прикладів здійснення винаходу випарний газ стискають до тиску від 3 до 6 бар. У іншому прикладі здійснення винаходу операція охолоджування стисненого випарного газу включає дію, при якій стиснений випарний газ пропускають через зону охолоджування. Переважно, операція охолоджування стисненого випарного газу включає дію, при якій стиснений випарний газ пропускають через зону охолоджування із забезпеченням теплообміну його протитоку із змішаним хладагентом. У переважному прикладі здійснення винаходу рідка фракція і охолоджена фракція пари охолоджуються до температури, що дорівнює або незначно вища за температуру вмісту складського резервуару кріогенної рідини. Наприклад, рідку фракцію і фракцію охолодженої пари охолоджують до кріогенної температури. Ще в одному прикладі здійснення винаходу охолоджена фракція пари, принаймні, частково виснажена відносно компонентів, що містяться в рідкій фракції. Зокрема, рідка фракція, в більшості своїй складається з рідкого метану з деякою кількістю азоту, а охолоджена фракція пари, в основному, складається з азоту з деякою кількістю метану. Перевагою даного способу є те, що він забезпечує видалення азоту з рідкої фракції, при цьому концентрація азоту підвищується у фракції пари по відношенню до рідкої фракції. Ще в одному прикладі здійснення винаходу спосіб додатково включає операцію стиснення охолодженої газоподібної фракції до тиску, при якому її зручно використовувати як паливний газа/ газ регенерації. Охолоджену фракцію пари стискають до заданого тиску паливного газу. У переважному прикладі здійснення винаходу охолоджена фракція пари використовується як паливний газ для приведення в дію одного або декількох компресорів установки зріджування. У другому аспекті даного винаходу заявлена система обробки випарного газу, що генерується в складському резервуарі кріогенної рідини, яка включає: - складський резервуар кріогенної рідини, який має вихідний отвір для випарного газу і вхідний отвір для рідини; - перший компресор з вихідним і вхідним отворами, що за допомогою потоків середовища сполучаються з вихідним отвором для випарного газу; - зону охолоджування, що має вихідний і вхідний отвори, які за допомогою потоків середовища сполучаються з вихідним отвором першого компресора, при цьому, зона охолоджування розташована з можливістю охолоджування стисненого газу і виробництва рідкої фракції і охолодженої фракції пари; - сепаратор, забезпечений вхідним отвором, за допомогою потоку середовища зв'язаним з вихідним отвором зони охолоджування; і - лінію, за допомогою потоку середовища зв'язану з вихідним отвором сепаратора для рідкої фракції і вхідним отвором для рідини складського резервуару кріогенної рідини. Ще в одному прикладі здійснення система за даним винаходом додатково включає: - другий компресор, забезпечений вхідним отвором, за допомогою потоку середовища пов'язаним з вихідним отвором сепаратора для охолодженої фракції пари; і 5 - лінію, за допомогою потоку середовища пов'язану з вихідним отвором другого компресора і системи паливного газу/газу регенерації. Переважно, першим компресором є компресор низького тиску, а другим компресором є компресор високого тиску. У одному з прикладів здійснення винаходу зона охолоджування використовується в установці зріджування матеріалу середовища. У переважному прикладі здійснення винаходу зона охолоджування включає установку окремого змішаного хладагента. Опис малюнків. Переважні приклади здійснення, що поєднують у собі всі аспекти даного винаходу, описуються далі тільки з посиланнями на конкретні приклади, що супроводжуються малюнками, де: на фіг. 1 дане схематичне зображення технологічної схеми зріджування матеріалу текучого середовища, наприклад, природного газу або газу вугільного шару (CSG), при цьому, відповідно до одного з прикладів здійснення даного винаходу, технологічна схема включає також спосіб обробки випарного газу зі складського резервуару кріогенної рідини; на фіг. 2 представлена складна крива охолодження й нагрівання окремого змішаного хладагента і матеріалу текучого середовища. Докладний опис переважного прикладу здійснення винаходу. На фіг. 1. представлено спосіб охолодження матеріалу текучого середовища до кріогенної температури, з метою зріджування. Ілюстративні приклади матеріалу текучого середовища включають, але не обмежуються переліком, до складу якого входить природний газ і газ вугільного шару (CSG). Незважаючи на те, що даний приклад здійснення описаний у зв'язку з виробництвом зрідженого природного газу (LNG) із природного газу або газу вугільного шару (CSG), цілком очевидно, що даний спосіб може бути застосований до інших матеріалів текучого середовища, які можуть бути зріджені при кріогенних температурах. Широко відома технологія виробництва LNG, що включає попередню обробку природного газу або сирого газу вугільного шару (CSG) для видалення води, діоксиду вуглецю і, на вибір, інших речовин, які можуть забезпечити загустіння нагнітального потоку при температурі, що наближається до температури зріджування, а потім охолодження попередньо обробленого сирого газу до кріогенних температур, при яких одержують LNG. Відповідно до фіг. 1, сирий газ 60 поступає на обробку при контрольованому тиску, що дорівнює, приблизно 900 psi (фунтів на кв. дюйм). Діоксид вуглецю видаляють з сирого газу при пропусканні останнього через звичайну агрегатну десорбційну установку 62 для випаровування СО2, в якій вміст СО2 доводять до 50 - 150 частинок на мільйон (ррm), залежно від концентрації діоксиду вуглецю в сирому газі 60. Ілюстративні приклади агрегатної десорбційної установки 62 для випаровування СО2 включають блок аміну, що містить контактний апарат (змішувач) аміну (наприклад, MDEA) і ребойлер (випарник) аміну. Звичайно, газ, що виходить 96052 6 із змішувача аміну, насищається водою (наприклад, ~70фунт./ММстанд.куб.фут.). Для видалення більшої частини води газ охолоджують, приблизно, до температури його гідрування (наприклад, ~15°С), використовуючи охолоджену воду, одержану в охолоджувачі 66. Переважно, охолоджувач 66 набуває охолоджувальної здатності від допоміжної системи охолоджування 20. Сконденсована вода відділяється з охолодженого газового потоку і повертається в блок аміну для подальшої участі в технологічному процесі. Вода повинна бути видалена з охолодженого газового потоку до показника 1 частинок на мільйон (ррm) перед здійсненням процесу зріджування, щоб уникнути замерзання, коли температура газового потоку знижується до величини нижче за точку замерзання гідрату. Відповідно, охолоджений газовий потік із зниженим вмістом води (наприклад, ~20фунт./ММстанд.куб.фут.) пропускають через установку дегідратації 64. Установка 64 дегідратації містить три місткості з молекулярними ситами (фільтрами). Звичайно, дві місткості з молекулярними ситами працюють в режимі абсорбції, тоді як третя місткість працює в режимі регенерації або очікування. Боковий погон сухого газу, що виходить з робочої місткості, використовується для газу регенерації. Вологий газ регенерації охолоджують, використовуючи повітря, і відділяють сконденсовану воду. Насичений газовий потік нагрівають і використовують як паливний газ. Випарний газ (BOG), переважно, використовується як паливний газ та/або як газ регенерації (як буде описано далі), при цьому, будь-яка нестача поповнюється з потоку сухого газу. Для отримання газу регенерації не вимагається застосування компресора рециркуляції. Сирий газ 60, по вибору, може піддаватися подальшій обробці для видалення різновидів сполук, що містять сірку, або їм подібних, наприклад, сірчистих сполук, хоча перевага може бути віддана способам, при яких багато сірчистих сполук можуть бути видалені одночасно з діоксином вуглецю на десорбційній установці 62 для випаровування СО2. В результаті попередньої обробки, сирий газ 60 нагрівається до температури до 50 °С. У одному з прикладів здійснення даного винаходу заздалегідь оброблений сирий газ, по вибору, може бути охолоджений в охолоджувачі (не показаний) до температури, приблизно, від 10 °С до -50 °С. Відповідними прикладами таких охолоджувачів, які можуть бути використані в способі за даним винаходом, є, наприклад, аміачний абсорбційний охолоджувач, літій-бромідний абсорбційний охолоджувач і інші подібні пристрої, або допоміжна система охолоджування 20. Переважно, у залежності від складу сирого газу, охолоджувач може забезпечувати конденсацію важких вуглеводнів в потоці, який піддають попередній обробці. Такі сконденсовані компоненти можуть або формувати додатковий потік продукту, або можуть бути використані як паливний газ або газ регенерації в різних частинах системи. Охолоджування заздалегідь обробленого газового потоку має першорядне значення, яке по 7 лягає в значному зниженні витрат на виконання операції охолоджування для забезпечення ефекту зріджування, в окремих прикладах здійснення на 30%, порівняно з існуючим рівнем техніки. Охолоджений заздалегідь оброблений газовий потік подають в зону 28 охолоджування через лінію 32, де даний потік зріджується. Зона 28 охолоджування потоку включає теплообмінник, в якому охолоджування останнього забезпечується змішаним хладагентом. Переважно, теплообмінник являє собою пластинчасті теплообмінні каркаси з алюмінієвим напаяним оребренням, встановлені в сталевий короб, що продувається. Охолоджуваний теплообмінник має перший теплообмінний тракт 40, який за допомогою потоку середовища зв'язаний з компресором 12, другий теплообмінний тракт 42 і третій теплообмінний тракт 44. Причому кожний з першого, другого і третього 40, 42, 44 теплообмінних трактів проходять через охолоджуваний теплообмінник, як показано на фіг. 1. Крім того, охолоджуваний теплообмінник має також четвертий теплообмінний тракт 46, що розповсюджується по частині охолоджуваного теплообмінника, зокрема, по холодній його частині. Другий і четвертий теплообмінні тракти 42, 46 розташовуються із забезпеченням теплообміну при протилежному напрямку потоку відносно першого і третього теплообмінних трактів 40, 44. Охолоджування виконується в зоні охолоджування 28 при циркуляції по ній змішаного хладагента. Змішаний хладагент з циліндра 10 всмоктування хладагента подається в компресор 12. Компресор 12, переважно, є компресорним блоком з двох паралельних одноступінчастих відцентрових компресорів, кожний з яких приводиться в дію безпосередньо газовою турбіною 100, зокрема, газовою турбіною, що працює на газі, похідному від повітря. По вибору, як компресор 12 може бути використаний двохступінчастий компресор з проміжним охолоджувачем і міжступінчастим скрубером. Як правило, використовують компресор 12 такого типа, який працює з к.п.д. від 75% до 85%. Відпрацьоване тепло газових турбін 100 може бути використане для генерації пари, яка, у свою чергу, використовується для приведення в дію електрогенератора (не показаний). Таким чином, може генеруватися достатня кількість електроенергії для постачання електрикою всіх електричних компонентів, що входять до складу установки зріджування. Пара, яка генерується відпрацьованим теплом газової турбіни 100, також може бути використана, з метою підігріву амінного ребойлера десорбційної установки 62 для випаровування СО2, для регенерації молекулярних сит установки 64 дегідратації, відновлення газу регенерації і паливного газу. Змішаний хладагент стискають до тиску від 30 до 50 бар, як правило, від 35 до 40 бар. Унаслідок стиснення в компресорі 12, температура стисненого змішаного хладагента підіймається, приблизно, до температури в діапазоні від 120 °С до 160 °С, звичайно, до 140 °С Після цього стиснений змішаний хладагент подають по лінії 14 в охолоджувач 16 для знижен 96052 8 ня температури стисненого змішаного хладагента до значення нижче 45 °С. У одному з прикладів здійснення винаходу охолоджувач 16 представлений оребренним трубчастим теплообмінником з повітряним охолодженням, в якому стиснений змішаний хладагент охолоджують шляхом подачі стисненого змішаного хладагента в напрямі, протилежному течії середовища, наприклад, повітря або іншого подібного компоненту. У альтернативному прикладі здійснення винаходу охолоджувачем 16 є кожухотрубчастий теплообмінник, в якому стиснений, змішаний хладагент охолоджують шляхом подачі стисненого змішаного хладагента в напрямі, протилежному течії середовища, наприклад, води або іншого подібного компоненту. Охолоджений стиснений змішаний хладагент подають в перший теплообмінний тракт 40 зони охолоджування 28, де він додатково охолоджується і розширяється при проходженні через детандер 48, переважно, дотримуючись ефекту JouleThomson і забезпечуючи, таким чином, процес охолодження для зони охолоджування 28 як охолоджувач змішаного хладагента. Охолоджувач змішаного хладагента подають по другому теплообмінному тракту 42, де він нагрівається в процесі протитечійного теплообміну із стисненим змішаним хладагентом, при цьому, заздалегідь оброблений сирий газ пропускають по першому і третьому теплообмінних трактах 40, 44, відповідно. Після цього змішаний хладагент повертають в циліндр 10 всмоктування хладагента перед введенням його в компресор 12, завершуючи, таким чином, замкнутий цикл процесу отримання окремого змішаного хладагента. Змішаний хладагент виробляють із матеріалу текучого середовища або з випарного газу (метану та/або вуглеводнів С2-С5), джерела азоту (азоту) з одним або декількома компонентами хладагента, отриманих від сторонніх виробників. Змішаний хладагент містить сполуки, обрані із групи речовин, що включає азот і вуглеводні, які містять від 1 до 5 атомів вуглецю. Якщо матеріалом охолоджуваного текучого середовища є природний газ або газ вугільного шару, підходящою є наступний склад для змішаного хладагента, приготованого з дотриманням наступного співвідношення процентного вмісту мольних фракцій: азот: від 5 до 15; метан: від 25 до 35; С2: від 33 до 42; С3: від 0 до 10; С4: від 0 до 20; і С5: від 0 до 20. У переважному прикладі здійснення змішаний хладагент включає азот, метан, етан або етилен і ізобутан і/або n-бутан. На фіг.2 представлена складна крива охолодження й нагрівання окремого змішаного хладагента і природного газу. Тісне наближення кривих у межах 2° вказує на ефективність способу і системи за даним винаходом. Допоміжне охолодження може бути виконане в зоні охолодження 28 допоміжною системою охолодження 20. Допоміжна система охолодження 20 включає один або декілька аміачних блоків охолодження, охолоджуваних повітряними охолоджувачами. Допоміжний хладагент, наприклад низькотемпературний аміак, проходить по четвертому теплообмінному тракту 46, розташованому в хо 9 лодній ділянці зони охолодження 28. Завдяки цьому, до 70% охолоджувальної здатності, створюваної допоміжною системою охолодження 20, може бути спрямовано в зону охолодження 28. Додаткове охолодження забезпечує 20% підвищення виробництва LNG, і підвищує ефективність (к.к.д.) установки, наприклад, на 20% у частині витрати палива в газовій турбіні 100. Допоміжна система охолодження 20 утилізує відпрацьоване тепло, отримане від гарячих вихлопних газів газової турбіни 100, для забезпечення охолодження допоміжної системи охолодження 20. Позитивним моментом є те, що додаткове відпрацьоване тепло, генероване іншими компонентами в установці зріджування, може бути також використане для регенерування хладагента для допоміжної системи охолодження 20. Так, як відпрацьоване тепло може бути використане тепло від інших компресорів, первинних двигунів, використовуваних при генеруванні електроенергії, від гарячих газів, які спалюють у факелі, відпрацьованих газів або рідин, сонячної енергії та інших джерел. Допоміжна система охолодження 20 також використається для охолодження повітря на вході в газову турбіну 100. Важливо відзначити, що охолодження повітря, що входить у газову турбіну, на 15-25% підвищує продуктивність установки, оскільки продуктивність компресора, приблизно, пропорційна виходу LNG. Зріджений газ одержують із зони охолодження 28 через лінію 72 при температурі від -150°С до 160°С. Після цього зріджений газ розширюється, проходячи через детандер 74, що знижує температуру зрідженого газу, приблизно, до -160 °С. Прикладами детандерів, використовуваних у даному винаході, не обмежуючись названим, можуть служити розширювальні клапани, JT клапани (об'єднані клапани), пристрої Вентурі і ротаційний механічний детандер. Після цього зріджений газ направляють через лінію 78 у місткість 76 (складський резервуар) для зберігання. Випарні гази (BOG), генеровані в місткості 76 для зберігання (складському резервуарі), можуть направлятися в компресор 78, переважно, компресор низького тиску, по лінії 80. Стиснений BOG подається в зону охолодження 28 по лінії 82 і проходить через частину зони охолодження 28, де даний стиснений-BOG охолоджується до температури в діапазоні від -150 °С до -170 °С. При цих температурах частина BOG конденсується до рідкої фракції. Зокрема, рідка фракція 96052 10 охолодженого BOG здебільшого містить метан. Хоча парова фракція охолодженого BOG також містить метан, у порівнянні з рідкою фракцією, в ній спостерігається ріст концентрації азоту, як правило, від 20% до 60%. Отриманий склад зазначеної парової фракції придатний для використання її як паливний газ. Отримана двофазна суміш направляється в сепаратор 84 по лінії 86, звідки відділена рідка фракція по лінії 88 направляється назад у місткість 76 для зберігання (складський резервуар). Охолоджена газова фракція, відділена в сепараторі 84, подається в компресор, переважно, компресор високого тиску, і використовується в установці як паливний газ і/або газ регенерації через лінію. На вибір, охолоджена газова фракція, відділена в сепараторі 84, є придатною для використання як охолоджувальне середовище, що циркулює через кріогенну технологічну систему (напірну лінію) для передачі кріогенних текучих середовищ, наприклад, LNG або рідкого метану з газу вугільного шару, з місткості 76 у прийомні або завантажувальні засоби для підтримки працездатності технологічної системи (напірної лінії) при кріогенних або незначно вищих температурах. Варто розуміти, що, хоча використання з попереднього рівня техніки й публікації можуть бути згадані в даному документі, таке посилання не означає, що кожний з таких документів є частиною загального рівня техніки в Австралії або будь-якій іншій країні. У контексті даного опису значення слів «що містить» означає «такий, що включає, але не обмежується включеним», причому слово «містить» має відповідне значення. Фахівець, кваліфікований в даній області техніки, може розкрити для себе ряд варіантів і модифікацій на додаток до описаних в даному документі, які не виходять за межі основних задумів винахідництва. Всі такі варіанти і модифікації повинні знаходитися в рамках об'єму захисту даного винаходу, суть якого витікає з опису. Наприклад, хоча специфічний приклад здійснення даного винаходу, описаний відносно зріджування LNG з природного газу, одержаного з газу вугільного шару, даний винахід в такому ж ступені може бути використаний і відносно інших газів, які зберігаються у вигляді рідин при кріогенних температурах. 11 96052 12 13 Комп’ютерна верстка М. Мацело 96052 Підписне 14 Тираж 23 прим. Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601