Универсальный способ разделения и сжижения газа (варианты) и устройство для его осуществления

Универсальный способ разделения и сжижения газа (варианты) и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к способам подготовки, разделения, сжатия и сжижения газообразных продуктов, включая природный газ, в частности к способам производства сжатого и сжиженного газа под давлением в нефтегазовой промышленности, и может быть применен для заправки сжатым и сжиженным природным газом газотепловозов, грузовых, легковых газобаллонных автомобилей, а также другой автотракторной техники от магистральных газопроводов, сетей городского газоснабжения, скважин малых газовых месторождений, источников шахтного газа, а также для взрывобезопасного обеспечения работ по ремонту и освоению газовых, газоконденсатных и нефтяных скважин, для очистки забоев скважин от скопления нефтепродуктов, жидкости и песка, для хранения продуктов, в противопожарных мероприятиях, ликвидации чрезвычайных ситуаций и газосварочных работах в качестве установок криогенного и мембранного разделения, сжатия и сжижения воздуха, природного газа, установок по подаче газа с содержанием азота более 90% с давлением 20-250 кгс/см² для выполнения операций по освоению скважин после бурения и капитального ремонта скважин, депарафинированию призабойной зоны скважин, продувке и опрессовке трубопроводов, резервуаров, эксплуатирующихся с взрывоопасными углеводородными средами.

Основной причиной сжижения природного газа является то, что сжижение уменьшает объем газа до коэффициента порядка около 1/600, что дает возможность хранить и транспортировать сжиженный газ в контейнерах более экономичной и практичной конструкции. Для этого требуется охладить газ до температуры около от -151,1°С до -162,22°С при атмосферном давлении или от -62°С до -85°С при критическом давлении.

Известен способ сжижения природного газа и установка для его реализации (патент RU №2212598).

В известном способе природный газ высокого давления предварительно охлаждают и осушают. Далее отделяют часть прямого потока, расширяют и соединяют с обратным потоком. Прямой поток охлаждают, дросселируют и разделяют на паровую и жидкостную фазы в сборнике-сепараторе парожидкостной смеси. Паровую фазу из сепаратора разделяют на два потока. Первый поток направляют через регулятор давления газа в качестве обратного потока для охлаждения прямого потока. Второй поток повторно конденсируют за счет теплообмена с жидкостной фазой, которую направляют в обратный поток. Сконденсированную фазу дросселируют в сборник сжиженного газа с удалением паровой фазы. Разность температур между паром и жидкостью, необходимую для конденсации, обеспечивают или повышением давления пара, или понижением давления жидкости.

Установка включает источник газа высокого давления, теплообменник для предварительного охлаждения и осушки газа, теплообменник, дроссельный вентиль продукционного потока, сборник-сепаратор парожидкостной смеси, расширительное устройство, фильтр-сепаратор твердых частиц и капельной жидкости, фильтр-сепаратор и дополнительный теплообменник, регулятор уровня жидкости, сборник-резервуар сжиженного газа, два регулятора давления газа, коллектор низкого давления, выносной испаритель-конденсатор.

Недостаток способа и устройства заключается в отсутствии системы очистки природного газа от азота, содержание которого может достигать 15% (М.И.Рябцев, Природные и искусственные газы, М.: Строительство, стр.228, 1967). Наличие азота в сжиженном газе снижает его теплотворную способность.

Известны способы сжижения природного газа на основе установки для получения жидкого азота с криогенной машиной Стирлинга (Патенты RU №2162579, №2156414, №2151348, №2150056, №2159908, №2166709, №2159400, №2156416, заявка RU №2002118819).

При работе установки из воздуха, засасываемого из атмосферы, получают жидкий азот, который из емкости подается насосом высокого давления в теплообменник. В теплообменнике происходит теплообмен между жидким азотом и газообразным природным газом, поступающим по магистрали. В результате теплообмена природный газ охлаждается и сжижается, а затем по магистрали слива поступает в теплоизолированную емкость для хранения. При теплообмене жидкий азот нагревается, переходит в газообразную фазу с высоким давлением. В теплообменнике происходит теплообмен с атмосферным воздухом. В результате теплообмена газообразный азот высокого давления нагревается и поступает в турбину, где, расширяясь, совершает полезную механическую работу с получением электроэнергии в электрогенераторе, расположенном на одному валу с турбиной.

Недостатками этих известных способов и устройств является необходимость применения оборудования, выдерживающего низкие криогенные температуры (до -162°С) и требующего дорогостоящих материалов.

Кроме того, при криогенных температурах СО₂, вода и другие примеси, присутствующие в природных газах, могут образовывать частицы твердого вещества, которые будут закупоривать каналы криогенных теплообменников.

Известен способ сжижения богатого метаном потока сжатого газа, в котором сжижение потока газа происходит в теплообменнике, охлаждаемом холодильной машиной с многокомпонентным хладагентом с замкнутым циклом для производства богатого метаном жидкого продукта, имеющего температуру выше приблизительно -112°С и давление, достаточное для того, чтобы жидкий продукт был в точке начала кипения или ниже нее и помещения жидкого продукта в средство для хранения при температуре выше приблизительно -112°С (патент RU №2195611).

Недостаток способа заключается в том, что он не предполагает удаление азота из сжижаемого природного газа, что приводит к снижению теплотворной способности сжиженного природного газа и к повышению температуры начала кипения полученного сжиженного природного газа под давлением.

Система со смешанным хладагентом включает циркуляцию многокомпонентного охлаждающего потока (содержащего метан, этан, пропан и, возможно, другие легкие компоненты) обычно после предварительного охлаждения до приблизительно -35°С при помощи пропана. Без предварительного охлаждения пропана в многокомпонентный хладагент могут быть включены более тяжелые компоненты, такие как бутаны и пентаны. Природа цикла со смешанным хладагентом такова, что теплообменники, используемые в процессе обработки, должны согласно установившейся практике работать с двухфазным хладагентом. Это требует использования больших специализированных теплообменников.

Кроме того, требуется оборудование для хранения каждого из компонентов системы смешанного хладагента, что ведет к увеличению размеров и сложности всей установки и влечет за собой дополнительное увеличение эксплуатационной стоимости и проблемы, связанные с безопасностью.

Известен способ сжижения потока сжатого газа, богатого метаном, при помощи теплообменника, охлаждаемого каскадной системой охлаждения, для получения богатого метаном жидкого продукта, имеющего температуру выше приблизительно -112°С (патент RU №2204094).

Согласно этому способу поток сжатого газа вводят в теплообменный контакт с первым циклом охлаждения, содержащим по меньшей мере один этап охлаждения, посредством чего поток газа охлаждается первой частью первого хладагента для получения потока охлажденного газа. Поток охлажденного газа затем вводят в теплообменный контакт со вторым циклом охлаждения, содержащим по меньшей мере один этап охлаждения, посредством чего температура потока охлажденного газа понижается для производства сжиженного богатого метаном потока, имеющего температуру выше приблизительно -112°С и давление, достаточное для того, чтобы сжиженный поток был в точке начала его кипения или ниже.

Недостаток способа (так же как и способа по патенту RU №2195611) заключается в том, что он не предполагает удаление азота из сжижаемого природного газа.

Наиболее близким техническим решением к заявленному изобретению является способ и устройство для сжижения газового потока с высоким содержанием метана, давление которого превышает примерно 3103 кПа (Патент RU №2205337).

Способ разделения и сжижения газа включает подачу газового потока в блок сжижения, фазовое разделение газового потока на первый газовый поток и первый жидкостный поток, подачу первого жидкостного потока в метаноотгонную колонну, сжатие и охлаждение первого газового потока с образованием газовой и жидкой фаз, фазовое разделение газовой и жидкой фаз для образования второго газового потока и второго жидкостного потока, расширение по меньшей мере части второго газового потока до более низкого давления, подачу второго жидкостного потока и расширенного второго газового потока в метаноотгонную колонну, удаление из верхней зоны метаноотгонной колонны парового потока, включающего в основном метан, пропускание его через теплообменник для нагрева и сжатие, удаление из метаноотгонной колонны жидкостного потока и подачу жидкостного потока в этаноотгонную колонну, охлаждение верхних паровых потоков от этаноотгонной колонны, разделение их в фазовом сепараторе с образованием газовой и жидкой фаз для образования третьего газового потока и третьего жидкостного потока, возвращение части жидкостного потока в этаноотгонную колонну в качестве обратного потока, охлаждение жидкости, выходящей из нижнего отсека этаноотгонной колонны, и подачу ее в пропаноотгонную колонну, охлаждение верхних паровых потоков из пропаноотгонной колонны, при этом жидкость, выходящую из нижнего отсека пропаноотгонной колонны, охлаждают и подают в бутаноотгонную колонну, а верхние паровые потоки из бутаноотгонной колонны охлаждают, разделение охлажденного сжатого потока из метаноотгонной колонны на первый охлажденный поток и второй охлажденный поток и пропускание первого охлажденного потока через теплообменник для нагрева для дополнительного охлаждения первого охлажденного потока, расширение первого охлажденного потока для образования газовой и жидкой фаз, фазовое разделение газовой и жидкой фаз в фазовом сепараторе, в результате чего образуется сжиженный природный газ с высоким содержанием метана, температура которого превышает примерно -112°С, а давление достаточно для того, чтобы сжиженный природный газ с высоким содержанием метана находился в точке начала кипения или ниже, расширение второго охлажденного потока до более низкого давления, в результате чего происходит его дальнейшее охлаждение с образованием газовой и жидкой фаз, фазовое разделение газовой и жидкой фаз и подача жидкой фазы на фазовый сепаратор.

Устройство для разделения и сжижения газа содержит блок сжижения газа, включающий метаноотгонную колонну, компресссоры, испарители, фазовые сепараторы, теплообменники с замкнутым циклом охлаждения, теплообменники, охлаждаемые воздухом или водой, средства расширения (турборасширители), фракционирующую систему, имеющую, по меньшей мере, одну фракционирующую колонну, и резервуар хранения.

Недостатками способа и устройства являются ограниченность сферы применения способа и устройства, обусловленная применением их для сжижения газового потока с высоким содержанием метана, давление которого превышает примерно 3103 кПа, а температуру свыше 10°С, возможностью использовать их только для первоначального сжижения природного газа на источнике подачи для хранения или транспортировки и для повторного сжижения паров природного газа, образовавшихся в ходе хранения и загрузки на судно, а также невысокая надежность работы узлов и оборудования устройства и качества заправляемого газа, связанные с отсутствием резервных блоков подготовки, разделения и сжижения газа, технологического оборудования, линий байпаса технологического оборудования, входного и межступенчатых анализаторов, датчиков давления и температуры газа, недостаточная степень очистки природного газа от жидкости, масел и механических примесей вследствие отсутствия многоступенчатых этапов фильтраций и удалений конденсата, масел и механических примесей, монономенклатура сжижаемого газа, обусловленная отсутствием дополнительного технологического оборудования и резервуаров для раздельного сжижения и сжатия углеродных и балластных компонентов природного газа, неэффективная работа устройства при низких температурах входящего газа и наружного воздуха вследствие отсутствия узла подогрева газа перед его очисткой и утилизации тепла, выделяемого компрессорами, невозможность использовать сжиженный газ в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания из-за высокого содержания азота (до 15%) (по ТУ 51-03-03-85 содержание азота менее 3,3 мас.%), так как взаимная диффузия топлива и окислителя (кислорода О₂) при образовании газовоздушной смеси затрудняется наличием балластных газов и образующихся продуктов сгорания, невозможность получения чистых углеводородных фракций природного газа, которые можно использовать в качестве товарного и целевого продукта, отсутствие возможности раздельного получения жидких этана, пропана и бутана в качестве наиболее ценного компонента остаточного газа, а также утилизации балластных газов для обеспечения работы устройства.

Целью предлагаемого изобретения является устранение указанных недостатков.

Технический результат состоит в расширении сферы применения способа и устройства путем установки его к магистральным газопроводам и сетям городского газоснабжения, скважинам малых газовых месторождений, источникам шахтного газа, повышении надежности работы устройства, его блоков и оборудования и улучшении качества сжатого и сжиженного природного газа, обеспечении работы устройства при низких температурах входящего газа и наружного воздуха (до -50°С) путем подогрева газа перед его очисткой с утилизацией тепла, выделяемого компрессорами в подогревателях газа, расширении номенклатуры сжатых и сжиженных компонентов природного газа по давлению (200-250 кг/см²; 45-80 кг/см², 15-20 кг/см²,) и составу, утилизации балластных компонентов природного газ (N₂ и СО₂) и получении инертной газовой смеси на основе азота для использования их в предложенных способе и устройстве, возможности раздельного получения жидких этана, пропана и бутана в качестве наиболее ценного компонента остаточного газа, а также использование балластных газов для обеспечения работы устройства, повышении качества сжатых и сжиженных газов по составу, что позволяет использовать их в качестве моторного топлива.

Поставленная задача решается тем, что в способе разделения и сжижения газа, включающем подачу газового потока в блок сжижения, фазовое разделение газового потока на первый газовый поток и первый жидкостный поток, подачу первого жидкостного потока в метаноотгонную колонну, сжатие и охлаждение первого газового потока с образованием газовой и жидкой фаз, фазовое разделение газовой и жидкой фаз для образования второго газового потока и второго жидкостного потока, расширение по меньшей мере части второго газового потока до более низкого давления, подачу второго жидкостного потока и расширенного второго газового потока в метаноотгонную колонну, удаление из верхней зоны метаноотгонной колонны парового потока, включающего в основном метан, пропускание его через теплообменник для нагрева и сжатие, удаление из метаноотгонной колонны жидкостного потока и подачу жидкостного потока в этаноотгонную колонну, охлаждение верхних паровых потоков от этаноотгонной колонны, разделение их в фазовом сепараторе с образованием газовой и жидкой фаз для образования третьего газового потока и третьего жидкостного потока, возвращение части жидкостного потока в этаноотгонную колонну в качестве обратного потока, охлаждение жидкости, выходящей из нижнего отсека этаноотгонной колонны, и подачу ее в пропаноотгонную колонну, охлаждение верхних паровых потоков из пропаноотгонной колонны, при этом жидкость, выходящую из нижнего отсека пропаноотгонной колонны, охлаждают и подают в бутаноотгонную колонну, а верхние паровые потоки из бутаноотгонной колонны охлаждают, разделение охлажденного сжатого потока из метаноотгонной колонны на первый охлажденный поток и второй охлажденный поток и пропускание первого охлажденного потока через теплообменник для нагрева для дополнительного охлаждения первого охлажденного потока, расширение первого охлажденного потока для образования газовой и жидкой фаз, фазовое разделение газовой и жидкой фаз в фазовом сепараторе, в результате чего образуется сжиженный природный газ с высоким содержанием метана, температура которого превышает примерно -112°С, а давление достаточно для того, чтобы сжиженный природный газ с высоким содержанием метана находился в точке начала кипения или ниже, расширение второго охлажденного потока до более низкого давления, в результате чего происходит его дальнейшее охлаждение с образованием газовой и жидкой фаз, фазовое разделение газовой и жидкой фаз и подача жидкой фазы на фазовый сепаратор, согласно изобретению сжижаемый природный газ проходит предварительные этапы подготовки и мебранного разделения природного газа, причем на этапе подготовки входной поток природного газа исследуют по составу, температуре и давлению, температуру входного потока природного газа устанавливают от 10 до 20°С, газ очищают от капельной влаги и механических примесей, очищенный газ подают для измерения параметров в измеритель расхода газа, где установлены преобразователи давления и температуры, очищенный от механических примесей природный газ сжимают до давления 3,0-5,0 МПа, охлаждают и очищают от капельных влаги и масла в холодильнике и водо-маслоотделителе, очищенный газ подают поочередно в один из контуров осушки, в котором очищают от капельной влаги и механических примесей в одном или двух газовых фильтрах и от паров воды в газовом осушителе и через фильтр-сепаратор подают на вход мембранного газоразделительного блока, при этом во втором контуре осуществляют процесс регенерации (десорбции) газовых осушителей путем нагрева влажного сорбента (например, цеолита) до 300°С и выдержки его при этой температуре и давлении 0,05-1 атм. до удаления влаги, в мембранном газоразделительном блоке природный газ с давлением 3,0-5,0 МПа поочередно подают на фильтры первого контура очистки газоразделительного блока, улавливающие частицы размером больше 0,3 мкм и очищающие газ до концентрации паров масла не более 0,05 мг/м³ и адсорбционные фильтры, адсорбирующие балластные молекулы СО₂, H₂S и других примесей, содержащихся в природном газе, при этом во втором контуре осуществляют процесс регенерации (десорбции) фильтров; регенерированный углекислый газ используют в системе охлаждения с замкнутым циклом или утилизируют с получением готового продукта: сжатого сжиженного газа или сухого льда; очищенный от примесей и балластных газов природный газ подают через газораспределительное устройство в соединенные между собой последовательно и/или параллельно газоразделительные сосуды, в которых концентрация метана увеличивается до 99,9%, очищенный от примесей, влаги и балластных газов метан с давлением 3,0-5,0 МПа подают на вход блока сжижения газа; азот и углеводороды ≥С₂ разделяют в последовательно соединенных между собой газоразделительных сосудах на азот, этан, пропан и бутан, причем азот используют в системе охлаждения с замкнутым циклом или утилизируют с получением готового продукта: сжатого сжиженного газа; каждый углеводород сжимают и с давлением 25 МПа заправляют в баллоны или сжижают и заливают в средства хранения под давлением, при этом часть жидкостного потока после этаноотгонной колонны подают в средства хранения сжиженного этана под давлением, верхние паровые потоки из пропаноотгонной колонны после охлаждения разделяют в фазовом сепараторе с образованием газовой и жидкой фаз для образования четвертого газового потока и четвертого жидкостного потока, часть жидкостного потока возвращают в этаноотгонную колонну в качестве обратного потока, другую часть жидкостного потока подают в средства хранения сжиженного пропана под давлением, верхние паровые потоки из бутаноотгонной колонны после охлаждения разделяют в фазовом сепараторе с образованием газовой и жидкой фаз для образования пятого газового потока и пятого жидкостного потока, часть жидкостного потока возвращают в этаноотгонную колонну в качестве обратного потока, другую часть жидкостного потока подают в средства хранения сжиженного бутана под давлением; газовые потоки после этаноотгонной, бутаноотгонной и пропаноотгонной колонн выравнивают по давлению и температуре и объединяют, причем часть объединенного потока редуцируют и с избыточным давлением 0,02 кг/см² подают в бокс оператора, другую часть потока подают на вход дожимающего устройства первой ступени, сжимают и вытесняют в блок аккумулятора низкого давления, выполняющий функцию концевого холодильника, и далее подают в линию нагнетания; из блока аккумулятора низкого давления сжатый газ с давлением 15-20 кг/см² подают в дожимающее устройство второй ступени и блок аккумулятора среднего давления, сжимают и охлаждают в них до давления 60-80 кг/см² и температуры ниже 40°С, при этом часть газа анализируют и с давлениями 15-20 кг/см² и 60-80 кг/см² подают соответственно через второй и третий выходы потребителю, из блока аккумулятора среднего давления сжатый газ с давлением 60-80 кг/см² подают в дожимающее устройство третьей ступени и блок аккумулятора высокого давления, сжимают и охлаждают в них до давления 200-250 кг/см² и температуры ниже 40°С и подают через четвертый выход потребителю.

Смесь углеводородов ≥С₂ подают из мембранного газоразделительного блока в этаноотгонную колонну с получением сжиженных этана, пропана и бутана под давлением.

В газоразделительном блоке из воздуха выделяют кислорода и инертную газовую смесь на основе азота с содержанием кислорода до 0,1%, при этом инертную газовую смесь на основе азота используют в системе охлаждения с замкнутым циклом или утилизируют с получением готового продукта: сжатого сжиженного газа.

В другом варианте способа разделения и сжижения газа, включающем подачу газового потока в блок сжижения, фазовое разделение газового потока на первый газовый поток и первый жидкостный поток, подачу первого жидкостного потока в метаноотгонную колонну, сжатие и охлаждение первого газового потока с образованием газовой и жидкой фаз, фазовое разделение газовой и жидкой фаз этапа для образования второго газового потока и второго жидкостного потока, расширение по меньшей мере части второго газового потока до более низкого давления, в результате чего происходит его дальнейшее охлаждение, подачу второго жидкостного потока и расширенного второго газового потока в метаноотгонную колонну, удаление из верхней зоны метаноотгонной колонны парового потока, включающего в основном метан, пропускание его через теплообменник для нагрева и сжатие; удаление из метаноотгонной колонны жидкостного потока и подачу жидкостного потока в этаноотгонную колонну, охлаждение верхних паровых потоков от этаноотгонной колонны, разделение их в фазовом сепараторе с образованием газовой и жидкой фаз для образования третьего газового потока и третьего жидкостного потока, возвращение части жидкостного потока в этаноотгонную колонну в качестве обратного потока, охлаждение жидкости, выходящей из нижнего отсека этаноотгонной колонны, и подачу ее в пропаноотгонную колонну; охлаждение верхних паровых потоков из пропаноотгонной колонны, при этом жидкости, выходящие из нижнего отсека пропаноотгонной колонны, охлаждают и подают в бутаноотгонную колонну, а верхние паровые потоки из бутаноотгонной колонны охлаждают, разделение охлажденного сжатого потока из метаноотгонной колонны на первый охлажденный поток и второй охлажденный поток и пропускание первого охлажденного потока через теплообменник для нагрева для дополнительного охлаждения первого охлажденного потока; расширение первого охлажденного потока для образования газовой и жидкой фаз; фазовое разделение газовой и жидкой фаз в фазовом сепараторе, в результате чего образуется сжиженный природный газ с высоким содержанием метана, температура которого превышает примерно -112°С, а давление достаточно для того, чтобы сжиженный природный газ с высоким содержанием метана находился в точке начала кипения или ниже; расширение второго охлажденного потока до более низкого давления, в результате чего происходит его дальнейшее охлаждение с образованием газовой и жидкой фаз; фазовое разделение газовой и жидкой фаз и подача жидкой фазы на фазовый сепаратор, согласно изобретению сжижаемый природный газ проходит предварительные этапы подготовки и криогенного разделения природного газа, причем в этапе подготовки входной поток природного газа исследуют по составу, температуре и давлению; температуру входного потока природного газа устанавливают от 10 до 20°С; газ очищают от капельных влаги и механических примесей; очищенный газ подают для измерения параметров в измеритель расхода газа, где установлены преобразователи давления и температуры; очищенный от механических примесей природный газ сжимают до давления 3,0-5,0 МПа, охлаждают и очищают от капельных влаги и масла в холодильнике и водомаслоотделителе; очищенный газ подают поочередно в один из контуров осушки, в котором очищают от капельных влаги и механических примесей в одном или двух газовых фильтрах и от паров воды в газовом осушителе и подают поток очищенного природного газа, содержащего азот, при давлении ≥5,0 МПа и температуре от 10 до 20°С, на этап криогенного разделения, где разделяют его на два потока; первую часть потока охлаждают до температуры от -30°С до -40°С путем косвенного теплообмена с потоком пара, образованного в результате процесса в установке для разделения фаз и отводимого из нее; вторую часть потока охлаждают путем косвенного теплообмена с потоком жидкости, образованной в результате процесса в ректификационной колонне и отводимой из этой колонны, объединяют и расширяют объединенный поток с уменьшением его температуры от -90°С до -100°С и давления от 2,5 до 3,2 МПа, подают расширенный поток природного газа в ректификационную колонну с образованием потока первой жидкости с низким содержанием азота и потока первого пара с повышенным содержанием азота, охлаждают поток первого пара до температуры от -112°С до -150°С до образования паровой фазы и жидкой фазы через теплообменники с использованием принципа противотока с азотом, циркулирующим в цикле охлаждения, при этом поток азота после прохождения теплообменников сжимают, охлаждают в добавочном охладителе и противотоком подают в теплообменники, причем после первого и второго теплообменника отделяют часть потока, которую расширяют в турбодетандере и подают в теплообменники для охлаждения потока первого пара, охлажденный поток первого пара разделяют на паровую и жидкую фазы с образованием потока второго пара, имеющего содержание метана и азота в соотношении 1:(1,0-2,0) и потока второй жидкости с содержанием метана и азота в соотношении 1:(4,0-2,0); охлаждают подаваемый поток природного газа потоком второго пара; возвращают поток второй жидкости в ректификационную колонну в качестве флегмы; отводят из ректификационной колонны первую жидкость в качестве потока продукта, который имеет низкое содержание азота, температуру свыше приблизительно -112°С, в средство хранения природного газа под давлением и в блок сжижения, при этом часть жидкостного потока после этаноотгонной колонны подают в средства хранения сжиженного этана под давлением, верхние паровые потоки из пропаноотгонной колонны после охлаждения разделяют в фазовом сепараторе с образованием газовой и жидкой фаз для образования четвертого газового потока и четвертого жидкостного потока, часть жидкостного потока возвращают в этаноотгонную колонну в качестве обратного потока, другую часть жидкостного потока подают в средства хранения сжиженного пропана под давлением, верхние паровые потоки из бутаноотгонной колонны после охлаждения разделяют в фазовом сепараторе с образованием газовой и жидкой фаз для образования пятого газового потока и пятого жидкостного потока, часть жидкостного потока возвращают в этаноотгонную колонну в качестве обратного потока, другую часть жидкостного потока подают в средства хранения сжиженного бутана под давлением; газовые потоки после этаноотгонной, пропаноотгонной и бутаноотгонной колонн выравнивают по давлению и температуре и объединяют, причем часть объединенного потока редуцируют и с избыточным давлением 0,02 кг/см² подают в бокс оператора, другую часть потока подают на вход дожимающего устройства первой ступени, сжимают и вытесняют в блок аккумулятора низкого давления, выполняющий функцию концевого холодильника, и далее подают в линию нагнетания; из блока аккумулятора низкого давления сжатый газ с давлением 15-20 кг/см² подают в дожимающее устройство второй ступени и блок аккумулятора среднего давления, сжимают и охлаждают в них до давления 60-80 кг/см² и температуры ниже 40°С, при этом часть газа анализируют и с давлениями 15-20 кг/см² и 60-80 кг/см² подают соответственно через второй и третий выходы потребителю, из блока аккумулятора среднего давления сжатый газ с давлением 60-80 кг/см² подают в дожимающее устройство третьей ступени и блок аккумулятора высокого давления, сжимают и охлаждают в них до давления 200-250 кг/см и температуры ниже 40°С и подают через четвертый выход потребителю.

Из природного газа выделяют углекислый газ, для чего поток первой жидкости подают в разделительную систему, имеющую секцию замораживания, и ректификационную секцию, расположенную под секцией замораживания, богатый метаном поток пара из верхней части колонны с зоной управляемого замораживания объединяют с потоком первого пара ректификационной колонны, обогащенный углекислым газом жидкий поток из нижней части колонны с зоной управляемого замораживания нагревают во вторичном испарителе, первую его часть возвращают в нижнюю секцию колонны с зоной управляемого замораживания как вторично испаренный пар, а вторую часть подают в фазовый сепаратор; пар подают в качестве хладагента в замкнутую систему охлаждения, жидкость с содержанием метана и углекислого газа в соотношении 1:(60-99) в средство хранения углекислого газа под давлением; очищенный от балластных газов природный газ с давлением 3 МПа и температурой от 10°С до 20°С подают в блок сжижения газа.

Устройство для разделения и сжижения газа, содержащее блок сжижения газа, включающий метаноотгонную колонну, компресссоры, испарители, фазовые сепараторы, теплообменники с замкнутым циклом охлаждения, теплообменники, охлаждаемые воздухом или водой, средства расширения (турборасширители), фракционирующую систему, имеющую, по меньшей мере, одну фракционирующую колонну, и резервуар хранения, согласно изобретению снабжено по меньшей мере одним модульным блоком подготовки газа, по меньшей мере одним модульным блоком разделения газа и одним блок-боксом оператора, причем каждый из модульных блоков подготовки газа снабжен входным и выходным трубопроводами, анализатором газа, датчиками давления и температуры, узлом подогрева газа перед его очисткой, узлом подогрева газа, состоящим из двух рабочих одинаковых ниток, каждая из которых состоит из двух ручных кранов, двух газоводяных, кожухотрубчатых подогревателей с U-образным пучком труб, двух шаровых кранов, задвижки и сбросного клапана, линией байпаса, соединяющей входной и выходной трубопроводы и содержащей три цилиндрических крана, узлом входных кранов, имеющим один электромагнитный двухпозиционный кран, один клапанный распределитель, два рабочих и один резервный газовых фильтра-сепаратора; узлом дожимания газа, имеющим воздушный фильтр, два крана цилиндрических, дожимающее устройство, холодильник и узел осушки газа, содержащий две поочередно работающие линии осушки, каждая из которых имеет входной и выходной трубопроводы, входной и выходной газовые фильтры, по меньшей мере четыре газовых цеолитовых или силикагелевых осушителя или один-два газовых абсорбционно-электролизных осушителя, дроссель и свечу, компрессоры блока сжижения выполнены многоступенчатыми, причем после каждой ступени установлен холодильник и водомаслоотделитель, каждая ступень снабжена линией байпаса, состоящей из технологических трубопроводов и двух кранов, а блок сжижения газа снабжен резервуарами хранения сжиженных компонентов природного газа под давлением и газонаполнительной станцией, содержащей трехступенчатое дожимающее устройство, после каждой ступени которого установлен холодильник и водомаслоотделитель, каждая ступень снабжена линией байпаса, состоящей из технологических трубопроводов и двух кранов, блоками аккумуляторов низкого, среднего и высокого давления, входным и выходным трубопроводами на давления 0,02 кг/см², 15-20 кг/см², 60-80 кг/см² и 200-250 кг/см² изб. соответственно.

Блок разделения газа может быть выполнен в виде мембранного газоразделительного блока, содержащего газораспределительное устройство, пневмопривод, манометр, не более четырех сбросных кранов, не более шести сливных кранов и не более восьми отсечных кранов, не более четырех конденсатоотводчиков, не более десяти фильтров - влагомаслоотделителей, выходной ресивер, по меньшей мере один мембранный или короткоцикловый адсорбционный или газодиффузионный газоразделительный сосуд.

Блок разделения газа может быть выполнен в виде криогенного газоразделительного блока, снабженного теплообменником, через который циркулирует холодная жидкость из ректификационной колонны, теплообменником, через который циркулируют пары, отводимые из верхней части установки для разделения фаз, теплообменником, охлаждаемым с помощью холодильной установки с замкнутым циклом, использующей один или два из следующих холодильных агентов (диоксид углерода, азот), ректификационной колонной, средством расширения, например турбодетандером, фазовым сепаратором, фракционирующей колонной, имеющей зону управляемого замораживания, одним или двумя испарителями и средствами хранения сжиженных метана и углекислого газа под давлением.

Холодильная установка снабжена многоступенчатым дожимающим устройством, например многоступенчатым компрессором, после каждой ступени установлен холодильник и водомаслоотделитель, каждая ступень снабжена линией байпаса, состоящей из технологических трубопроводов и двух кранов, по меньшей мере пятью теплообменниками, по меньшей мере одной газовой машиной или компрессором, соединенной с детандером для регенерации большей части работы, произведенной в детандере.

Изобретение поясняется фиг.1, 2, 3, 4.

На фиг.1 изображен блок подготовки газа, на фиг.2 - газоразделительные блоки, на фиг.3 - блок сжижения газа, на фиг.4 - схема мембранного разделения газа.

Природный газ исследуется анализатором газа 1, преобразователями давления и температуры и в зависимости от температуры поступает в узел подогрева газа или непосредственно в узел 5 входных кранов. Узел подогрева состоит из двух одинаковых ниток (обе рабочие), построенных по схеме: кран, подогреватель газа 4, кран. Краны предназначены для отключения ниток при их обслуживании. В узле подогрева газ проходит через подогреватель газа 4, предназначенный для подогрева газа перед сепарацией. Подогреватель - вертикальный двухходовой по газу. Газ движется по U-образным трубкам, закрепленным в трубной доске, вода - в межтрубном пространстве, разделенном перегородками. Горячая вода в подогреватель поступает от системы охлаждения (теплообменников) дожимающих устройств.

В зависимости от степени загрязненности через электромагнитный кран 7 и распределитель 8 газ направляется в один из измерителей расхода газа 10 или на одну из одинаковых ниток (две рабочие, одна резервная), построенных каждая по схеме: кран ручной, фильтр-сепаратор 9 с системой автоматического слива конденсата, кран ручной. Краны предназначены для отключения ниток при их обслуживании. Фильтр-сепаратор 9 предназначен для о