Способ сжижения газа и устройство для его осуществления

(51) 5 Р 25 3 1 02 ИЗОБРЕТЕНИЯ жит два контура: продукционньрефрижераторный замкнутый.контур включает смеситепь, компртор-испаритель. Рефрижераторниз насоса, конденсатора-испариконденсатора смешения, а такженое сопло которого соединенпространством конденсатора смешс паровым пространством кондена выходное сопло - с жидкостнконденсатора смешения. 2 с.п.финсти Комитет Российской Федерации пе патентам и товарным знакам(73) Юлбердин Арсланбек Харисович(4) СПОСОБ СЖИЖЕНИЯ ГАЗА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(7) Использование: для сжижения газа и газовыхсмесей. Сущность изобретения: устройство содергй разомкнутый иПродукционный ессор, конденсаый контур состоит теля, турбины и эжектора, пассиво с жидкостнымения, активные - сатора смешения, ым пространством пы,1 ил.5 10 Изобретение относится к процессамсжижения газа и газовых смесей, а именнок сжижению воздуха, азота, кислорода, природного газа и других трудносжижаемых газов, в том числе метана, который можнотранспортировать в жидком состоянии с использованием тепла окружающей среды,изобретение включает и аппаратурноеоформление.Известен способ сжижения газов с использованием сжатия газа с в компрессорах, охлаждения в холодильниках,расширения в детандерах или через дроссельные вентили, отделения газа от жидкости в сепараторах, применяют рекуперациюхолода.Классический каскадный метод, применяемый для сжикения природного газа,имеет существенные недостатки - сложность его схемы, большое число теплообменного оборудования и необходимостьприменения трех раэнотипных компрессоров для сжатия пропана, этилена и природного газа до давления 60 - 70 кгс/см, чтогувеличивает капиталовложения и эксплуатационные затраты на производство сжиженного газа, Недостатки детандерныхциклов для сжижения природного газа с начальным давлением 50 кгс/см при полнойциркуляции газа увеличивают удельнь 1 йрасход энергии до 0,66 кВт ч/кг. При этомэнергия, возвращаемая турбодетандером,составляет около 250 энергозатрат в компрессоре,Для улучшения технико-зкономическихпоказателей сжижения природного газа вдетандерном цикле необходимо повыситьдавление газа до 60 - 80 кгс/см, применятьгпредварительное охлаждение газа в пропановой холодильной установке или применять смешанный хладагент. Однако приэтом удельный расход энергии повышаетсяна 25-.30%. Минимальная величина удельного расхода энергии составляет 0,380,42 кВт ч/кг,Наиболее близким по технической сущности изобретению является способ сжижения содержащего азот природного газа,включающий охлаждение газа с помашьюсоединенных в каскад замкнутых холодильных циклов на основе. составных частей скижаемого природного газа, каждый изкоторых проходит только одну ступень давления, и отделение в колонне из сжиженного газа перед его дальнейшим охлаждениемнизкокипящих инертных компонентов, вособенности азота, применяют открытыйхолодильный цикл, по которому из среднейчасти колонны отводят по меньшей мере 15 20 25 30 35 40 45 50 55 частично газообразную смесь метана и азота, конденсируют при теплаобмене со смесью наиболее холодного замкнутого холодильного цикла, переохлаждают и расширяют, после чего смесь используют для глубокого охлаждения сжиженного и риродного газа.Недостаток - низкая эффективность за счет применения двух типов компрессоров с давлением нагнетания до 42 кг/см и большого количества теплообменной аппаратуры в каскадном цикле. Цель изобретения - повышение эффективности производства, снижение удельного расхода энергии путем использования энергии сжижаемого природного газа.Указанная цель достигается тем, что сжиженный газ разделяют на два потока, один иэ которых дросселируют и испаряют и ри теплообмене с хлада гентом рефрижераторного цикла, а полученные пары смешивают с потоком газа перед его сжатием, при этом в рефрижераторном цикле пары хладагента после теплообмена со сжатым газам расширяют в турбине и полученный пэро- жидкостный поток конденсируют с последующим отводом двух паровых и двух жидкостных потоков, один из жидкостных потоков дросселируют и нагревают при теплообмене с одним из паровых потоков, который при этом сжижают, другой паровой поток хладагента скижают при теплообмене с потоком газа после дросселя, полученные потоки жидкого хладагента соединяют и подают на сжатие, нескондировавшиеся пары хладагента эжектируют и конденсируют.Устройство для сжижения газа, содержащее компрессор и конденсатор-испаритель, трубное пространство которого сообщено с замкнутым рефрижераторным контуром, с целью повышения эффективности снабжено смесителем и кожухотрубным теплообменником, трубное пространство которого посредством трубопроводов с драсселем на входе соединено с межтрубным пространством конденсатора-испарителя, а на выходе - со смесителем, при этом рефрижераторный контур выполнен в аиде последовательно соединенных насоса, трубного пространства конденсатора-испарителя, турбины, размещенной на одном валу с компрессором, и конденсатора смешения, паровое пространство которого сообщено с межтрубным пространством конденсатора и с пассивным соплом эжектора, установленного выходным соплом в жидкостное пространства конденсатора смешения, а активное сопла эжектара сооб 2002176щено с паровым пространством конденсатора смещения,На чертеже изображена схел 1 а, иллюстрирующая способ сжиженив газов, и устройство для его осуществления.Процесс сжижения газа осуществляютпри помощи одновременной совместнойработы двух термодинамических циклов,первый - . сжижение природного газа, второй- рефрижераторный метановый цикл,Цикл сжижения природного газа включаетгазовую сеть 1, смеситель 2, газовьсй компрессор 3 с электродвигателем 16, конденсатор-испаритель 4 с дроссельным вентилесл17, кожухотрубный теплообменник 12, соединенные между собой трубами.К конденсатору-испгрителю 4 подклсочен насос 5 для подачи сжиженного природного газа с,СПГ) потребителю 7 помагистральному газопроводу 15 для транспортировки СПГ за счет использования тепла окружающей среды,Рефрижераторный метановьсй циклвключает насос 8, трубное пространствоконденсатора-испаригеля 4, газовую турбину 9 с электрогенератором 14, конденсаторсмешения 10 с экекторогл 13, дроссельнымвентилем 18, кожухотрубным конденсатором 11, соединенные между собой трубами.Конденсатор смешения 10 внутри имеет насадку из колец Рашига, расположенных вдвух отсеках.Гас с температурой 295 К и давлениемоколо 4 кгс/см, подлежащий сжиженисо, из2газовой сети 1 поступает в смеситель 2, гдегаз охйаждасот до 267 К парами сжиженногогаза с температурой 125 - 135 К, поступающими из теплообменника 12. Охлакденньсйв смесителе 2 газ поступает в компрессор 3,где газ сжимают до 8 - 10 кгс/см, при этом2температура газа повышается до 315 К, изкомпрессора 3 газ поступает в межтрубноепространство конденсатора-испарителя 4,где газ охлаждасот до 125 К и сжижают засчет испарения хладагента в трубках конденсатора-испарителя 4, где происходитпроцесс передачи тепла от сжижаемого газахладагенту, Жидкий газ, полученный в межтрубном пространстве конденсатора-испарителя 4, разделяют на два потока, изкоторых основной поток насосом 5 подается потребителсо по трубе 15 или в хранилище СПГ для его использования в качествемоторного топлива или в качестве энергоссосителя, другой поток дросселируют черездроссельный вентиль 17 и подают в трубноепространство кожухотрубного теплообменника 12 и в конденсатор смешения 10 длясжижения паров хладагента, поступающегопо трубе из конденсатора смещения 10 за510 15 20 счет кипения и испарения жидкого газа в трубках теплообменника 12, пары по трубе подают в смеситель 2 для охлаждения сжижаемого газа, Процесс скижения газа повторяют,В межтрубном пространстве конденсатора 11 производят сжижессие паров хладагента, поступающего из конденсатора смешения 10 по трубе, сжижение паров хладагесста производят за" счет испарениячасти жидкого хладагента после дросселирования через вентиль 18 и поступления в трубки косденсатора 11, где жидкий хлада- гент кипит, испаряется и откуда пары через эмектор 13 поступают в жидкостное пространство конденсатора смешения 10; в качестве рабочего агента в эжектор 13 поступают пары хладагента из конденсатора смешения 10 и эжектируемые пары из конденсатора 11. Жидкий хладагент из аппаратов 10, 11 и 12 по трубам поступает внасос 8, его сжимают в насосе и направляютв трубное пространство конденсатора-испарителя 4, где жидкий хладагент под давле 25 нием до 50 кгс/см подогревают, испаряютги получают пар с температурой 200 К, который по трубопроводу направляют в турбину9, где в процессе адиабатического расширения он совершает механическусо работу как30 привод компрессора 3 или электрогенератора 14, при этом давление паров хладагентаснижается до 3-5 кгс/см . температура па 2ра снижается до 109 К, часть паров переходит в жидкое состояние. Кол ичество35 жидкого хладагента после турбины составляет 23 - 24%, Смесь паров и жидкого хладагента из турбины 9 по трубе поступает внижнсою часть конденсатора смешения 10,под кольца Рашига, в аппарате происходит40 отделение пара от жидкости, жидкий хладагент накапливается в нижней части аппарата 10 и используется для конденсации пара,в том числе: основное количество паров хладагента сжижают в конденсаторе смешения45 путем подачи жслдкого газа в верхнюю частьаппарата и его встречи с парами на кольцахРашига, а часть паров хладагента сжижается в теплообменниках. Жидкий хладагент изаппаратов 10, 11 и 12 возвращасот в цикл,50 Парьс хладагента из конденсатора 11эжектируются в жидкость, находящуюся внижней части конденсатора смешения 10,где парьс конденсируют,Данные способ смижения газа и устрой 55 ство для его осуществления обеспечиваютповышение эффективности производствасжиженного газа за счет использованияэнергии самого сжижаелюго газа и повышение производительности установки благодаря примененисо смесителя, конденсатора2002176 5 10 20 смешения и теплообменных аппаратов. в которых происходят процессы массо- и теплообмена при изменении агрегатного состояния и применению метана в качестве хлада гента.Установка имеет возможность осуществления процесса сжижения газа при работе энергетического оборудования в нескольких вариантах;первый - работу компрессора 3, турбины 9 и электрогенератора 14 осуществляют совместно, при этом турбина мощностью 618000 кВт является приводом для компрессора мощностью 276000 кВт и для, электрогенератора мощностью 324000 кВт;второй - работу компрессора 3 и электродвигателя 16 осуществляют отдельно от работы турбины 9 и электрогенератора 14, при этом мощность последних составляет Фо р мул а из о бр ете ни я 1. Способ сжижения газа путем сжатия и охлаждения, осуществляемого замкнутым рефрижераторным циклом, в котором хладагент сжимают, охлаждают, расширяют и нагревают, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности, сжиженный газ разделяют на два потока, один из которых дросселируют и испаряют при теплообмене с хладагентом рефрижераторного цикла, полученные пары смешивают с потоком газа перед его сжатием, при этом в рефрижераторном цикле пары хладагента после теплообмена со сжатым газом расширяют в турбине и полученный парожидкостный поток конденсируют с последующим отводом двух паровых и двух жидкостных потоков, один из жидкостных потоков дросселируют и нагревают при теплообмене с одним иэ паровых потоков, который при этом сжижают, второй паровой поток хладагента сжижают при тепло- обмене с потоком газа после дросселя, полученные потоки жидкого хладагента соединяют и подают на сжатие, несконден 618000 кВт при сжижении 100 млрд,м газав год. Холодопроизводительность установки 2,0 109 ккал, которая равна количествучтепла, использованного при сжижении природного газа.Удельный расход энергии на сжижение газа составляет 0,044 кВт ч/кг, что в восемь раэ меньше удельного расхода энергии по сравнению с детандерными циклами (0,38 - 0,42 кВт ч/кг). КПД рефрижераторного цикла равен 50 - 55.(56) Авторское свидетельство СССР М 423990, кл, Г 25 0 1/ОО, 1975,Авторское свидетельство СССРЬ. 315374, кп, Е 25 Л 1/00, 1971. сировавшиеся пары хладагента эжектируют и конденсируют.2, Устройство для сжижения газа, содержащее компрессор и конденсатор-испаритель, трубное пространство которого сообщено с замкнутым рефрижераторным контуром, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности, оно снабжено смесителем и кожухотрубным теплообменником, трубное пространство которого посредством трубопровода с дросселем на входе соединено с межтрубным пространством конденсатора-испарителя, а на выходе - со смесителем, при этом рефрижераторный контур выполнен в виде последовательно соединенных насоса, трубного пространства конденсатора-испарителя, турбины и конденсатора смешения, паровое пространство которого сообщено с межтрубным пространством конденсатора и пассивным соплом эжектора, установленного выходным соплом в жидкостное пространство конденсатора смешения, а активное сопло эжектора сообщено с паровым пространством конденсатора смешения. 25 30 35 40 45