Система и способ для сжижения природного газа

Система и способ для сжижения природного газа

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники, к которой относится изобретение

[0001]

Настоящее изобретение предлагает систему и способ для сжижения природного газа в целях производства сжиженного природного газа посредством охлаждения природного газа.

Уровень техники

[0002]

Природный газ, добываемый на газовых месторождениях, сжижается на установке для сжижения таким образом, что газ может храниться и транспортироваться в форме жидкости. Охлажденный до приблизительно -162 градусов Цельсия, жидкий природный газ имеет значительно уменьшенный объем по сравнению с газообразным природным газом, и для его хранения не требуется высокое давление. В то же время, в процессе сжижения природного газа удаляются примеси, такие как вода, кислые газы и ртуть, которые содержатся в добываемом природном газе, и после того, как отделяются тяжелые компоненты, имеющие относительно более высокие температуры замерзания (углеводороды C5+, такие как бензол, пентан и другие тяжелые углеводороды, природный газ сжижается.

[0003]

Для сжижения природного газа были разработаны разнообразные технологии, в том числе технологии на основе процессов расширения, в которых используются расширительные клапаны и турбины, и процессов теплообмена, в которых используются имеющие низкую температуру кипения хладагенты (такие как легкие углеводороды, в том числе метан, этан и пропан). Например, конкретная известная система для сжижения природного газа (см. патентный документ 1) включает охлаждающий блок для охлаждения природного газа, из которого удаляются примеси, расширительный блок для изоэнтропического расширения охлажденного природного газа, дистилляционный блок для дистилляции природного газа, давление которого снижается в расширительном блоке до менее высокого уровня, чем критические давления метана и более тяжелых компонентов, компрессор для сжатия дистиллированного газа из дистилляционного блока посредством использования выходного вала из расширителя и сжижающий блок для сжижения дистиллированного газа, сжатого компрессором, посредством теплообмена со смешанным хладагентом.

Документы предшествующего уровня техники

Патентные документы

[0004]

Патентный документ 1: патент США № 4065278

Сущность изобретения

Задача, решаемая изобретением

[0005]

В традиционной системе для сжижения природного газа, такой как система, описанная в патентном документе 1, желательное давление на выпуске компрессора (или давление исходного газа, который вводится в сжижающий блок) должно быть максимально высоким, насколько это возможно, чтобы уменьшалась нагрузка на сжижающий блок (в частности, его основной теплообменник), и достигала максимума эффективность процесса сжижения.

[0006]

В целях увеличения давления на выпуске компрессора требуется соответствующая большая энергия. Однако в традиционной конструкции, где исходный газ, охлажденный охлаждающим блоком, расширяется посредством расширителя, энергия, производимая расширителем, оказывается ограниченной и недостаточной для увеличения давления на выпуске компрессора до желательного уровня.

[0007]

В традиционной конструкции, поскольку исходный газ должен охлаждаться перед тем, как он расширяется в расширителе, требуется относительно большая мощность охлаждающего блока, и это увеличивает капитальные расходы и эксплуатационные расходы на охлаждающий блок.

[0008]

В традиционной конструкции, поскольку охлаждение исходного газа приводит у образованию продуктов конденсации, оказывается необходимой установка разделяющего газовую и жидкую фазы сепаратора, чтобы отделять (удалять) продукты конденсации из исходного газа перед тем, как исходный газ вводится из охлаждающего блока в расширитель. Кроме того, поскольку является высокой температура исходного газа на выпускном конце компрессора, возникает значительная разность температур между промежуточной точкой впуска сжижающего блока и хладагентом, таким образом, что для охлаждающего блока требуется соответствующая высокая мощность.

[0009]

С учетом таких проблем предшествующего уровня техники, основная задача настоящего изобретения заключается в том, чтобы предложить систему и способ для сжижения природного газа, с помощью которых может увеличиваться давление на выпускном конце компрессора за счет использования энергии, производимой в расширителе посредством расширения исходного газа, и сократить до минимума охлаждающую способность, которая требуется для охлаждающего блока.

Средства решения задачи

[0010]

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, предлагается система (1) для сжижения природного газа, которая охлаждает природный газ для производства сжиженного природного газа, включающая: первый расширитель (3) для производства энергии посредством расширения природного газа под давлением в качестве газообразного материала; первый охлаждающий блок (11, 12) для охлаждения газообразного материала, имеющего пониженное давление посредством расширения в первом расширителе; дистилляционный блок (15) для уменьшения содержания или удаления тяжелого компонента, содержащегося в газообразном материале посредством дистилляции газообразного материала, охлажденного первым охлаждающим блоком; первый компрессор (4) для сжатия газообразного материала, из которого частично или полностью удалены тяжелые компоненты посредством дистилляционного блока, за счет использования энергии, производимой в первом расширителе; и сжижающий блок (21) для сжижения газообразного материала, сжатого первым компрессором, посредством теплообмена с хладагентом.

[0011]

Согласно первому аспекту настоящего изобретения, система для сжижения природного газа обеспечивает увеличение давления на выпуске первого компрессора и уменьшение охлаждающей способности, которая требуется для первого охлаждающего блока, посредством использования энергии, производимой первым расширителем, благодаря расширению газообразного материала перед тем, как он охлаждается первым охлаждающим блоком.

[0012]

Согласно второму аспект настоящего изобретения, дополнительно включается второй охлаждающий блок (85), который располагается между первым компрессором и сжижающим блоком и охлаждает газообразный материал, сжатый первым компрессором.

[0013]

Согласно второму аспекту настоящего изобретения, посредством увеличения давления газообразного материала, который вводится в сжижающий блок, даже когда уровень температуры газообразного материала должен превышать верхний предел соответствующего интервала, благодаря охлаждению во втором охлаждающем блоке, уровень температуры газообразного материала может устанавливаться на уровне вблизи уровня температуры в точке введения в сжижающий блок, таким образом, что нагрузка на сжижающий блок может уменьшаться, и эффективность процесса сжижения может увеличиваться.

[0014]

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, в которой сжижающий блок включает спиральный теплообменник, и газообразный материал, выпускаемый из первого компрессора, вводится в теплую область (Z1) спирального теплообменника, которая располагается на горячей стороне спирального теплообменника.

[0015]

Согласно третьему аспекту настоящего изобретения, если температура газообразного материала должна увеличиваться благодаря увеличению давления на выпуске первого компрессора, посредством введения газообразного материала со стороны теплой области (Z1) спирального теплообменника, чтобы установить уровень температуры газообразного материала ближе к температуре в сжижающем блоке, нагрузка на сжижающий блок может уменьшаться, и эффективность процесса сжижения может увеличиваться.

[0016]

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая второй компрессор (75) расположенный между первым компрессором и сжижающим блоком для сжатия газообразного материала выпускаемый из первого компрессора.

[0017]

Согласно четвертому аспекту настоящего изобретения, давление газообразного материала, который вводится в сжижающий блок, может еще больше увеличиваться, таким образом, что эффективность процесса сжижения осуществляемый в сжижающем блоке может увеличиваться.

[0018]

Согласно пятому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая первый электродвигатель (81), который снабжается электроэнергией из внешнего источника и регулируется в зависимости от значения давления газообразного материала, вводимого в сжижающий блок, и второй компрессор приводится в действие первым электродвигателем.

[0019]

Согласно пятому аспекту настоящего изобретения, давление газообразного материала, который вводится в сжижающий блок, может увеличиваться в устойчивом режиме, таким образом, что температура газообразного материала может поддерживаться в пределах соответствующего интервала, и процесс сжижения может осуществляться в сжижающем блоке одновременно эффективным и устойчивым способом.

[0020]

Согласно шестому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая второй охлаждающий блок (85), который располагается между вторым компрессором и сжижающим блоком и охлаждает газообразный материал.

[0021]

Согласно шестому аспекту настоящего изобретения, посредством увеличения давления газообразного материала, который вводится в сжижающий блок, даже когда уровень температуры газообразного материала должен превышать верхний предел соответствующего интервала, благодаря охлаждению во втором охлаждающем блоке, уровень температуры газообразного материала может устанавливаться на уровне вблизи уровня температуры в точке введения в сжижающий блок таким образом, что нагрузка на сжижающий блок может уменьшаться, и эффективность процесса сжижения может увеличиваться.

[0022]

Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая электрический генераторный блок (87) для преобразования энергии, производимой первым расширителем, в электроэнергию, и второй электродвигатель (84) для приведения в действие первого компрессора, причем второй электродвигатель снабжается электроэнергией, которую производит электрический генераторный блок.

[0023]

Согласно седьмому аспекту настоящего изобретения, первый расширитель и первый компрессор находятся в электрическом соединении друг с другом таким образом, что давление на выпуске первого компрессора может увеличиваться, посредством использования энергии, производимой первым расширителем. В то же время, степень свободы эксплуатации системы может увеличиваться по сравнению со случаем, где первый расширитель и первый компрессор находятся в механическом соединении друг с другом.

[0024]

Согласно восьмому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая второй электродвигатель (84), который механически соединяет первый расширитель и первый компрессор друг с другом и снабжается электроэнергией из внешнего источника, причем первый компрессор предназначается, чтобы сжимать газообразный материал за счет использования энергии, производимой первым расширителем, и энергия производимой вторым электродвигателем.

[0025]

Согласно восьмому аспекту настоящего изобретения, энергия, которую производит второй электродвигатель, может использоваться для дополнения энергии, которую производит первый расширитель, чтобы приводить в действие первый компрессор, таким образом, что давление на выпуске первого компрессора может увеличиваться одновременно эффективным и устойчивым способом.

[0026]

Согласно девятому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, в которой газообразный материал, из которого частично или полностью удалены тяжелые компоненты посредством дистилляционного блока, непосредственно вводится в первый компрессор, и система дополнительно включает первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар (23), который принимает газообразный материал, сжатый первым компрессором через сжижающий блок; причем газофазный компонент газообразного материала, отделенный в первом разделяющем газовую и жидкую фазы резервуаре, повторно вводится в сжижающий блок, и жидкофазный компонент газообразного материала возвращается в дистилляционный блок.

[0027]

Согласно девятому аспекту настоящего изобретения, может исключаться необходимость насоса для рециркуляции газообразного материала из первого разделяющего газовую и жидкую фазы резервуара в дистилляционный блок, и это способствует упрощению системы.

[0028]

Согласно десятому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая второй охлаждающий блок (85), который располагается между первым компрессором и первым разделяющим газовую и жидкую фазы резервуаром и охлаждает газообразный материал.

[0029]

Согласно десятому аспекту настоящего изобретения, даже когда уровень температуры газообразного материала, который сжимается первым компрессором, должен превышать верхний предел соответствующего интервала, благодаря охлаждению во втором охлаждающем блоке, уровень температуры газообразного материала может устанавливаться на уровне вблизи уровня температуры в точке введения в сжижающий блок таким образом, что нагрузка на сжижающий блок может уменьшаться, и эффективность процесса сжижения может увеличиваться.

[0030]

огласно одиннадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая второй расширитель (3b), который располагается между первым расширителем (3a) и дистилляционным блоком и производит энергию посредством расширения газообразного материала, и третий компрессор (4b), который располагается между дистилляционным блоком и первым компрессором (4a) и сжимает газообразный материал, дистиллированный посредством дистилляционного блока, за счет использования энергии, производимой вторым расширителем.

[0031]

Согласно одиннадцатому аспекту настоящего изобретения, посредством предпочтительного расширения газообразного материала в первом и втором расширителях, охлаждающая способность, требуемая для первого охлаждающего блока, может уменьшаться, и за счет использования первого и третьего компрессора, которые используют энергию, производимую первым и вторым расширителями, давление газообразного материала, который вводится в сжижающий блок, может эффективно увеличиваться.

[0032]

Согласно двенадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая второй расширитель (3b), который располагается параллельно с первым расширителем (3a) и производит энергию посредством расширения газообразного материала, и третий компрессор (4b), который располагается между дистилляционным блоком и первым компрессором (4a) и сжимает газообразный материал, дистиллированный посредством дистилляционного блока, за счет использования энергии, производимой вторым расширителем.

[0033]

Согласно двенадцатому аспекту настоящего изобретения, даже когда объем газообразного материала, вводимого в сжижающую систему, должен увеличиваться, процесс сжижения в сжижающем блоке может осуществляться в устойчивом режиме.

[0034]

Согласно тринадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, в которой сжижающий блок включает пластинчато-ребристый теплообменник.

[0035]

Согласно тринадцатому аспекту настоящего изобретения, даже когда уровень температуры газообразного материала, который сжимается первым компрессором, должен повышаться при повышении его давления, точка введения в сжижающий блок (уровень температуры на стороне сжижающего блока) может легко изменяться в ответ на повышение температуры газообразного материала.

[0036]

Согласно четырнадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, в которой газообразный материал, сжатый первым компрессором имеет давление, составляющее более чем 5171 кПа (абс.).

[0037]

Согласно пятнадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, в которой газообразный материал, сжатый вторым расширителем, имеет давление, составляющее более чем 5171 кПа (абс.).

[0038]

Согласно четырнадцатому или пятнадцатому аспект настоящего изобретения, посредством повышения давления газообразного материала, который вводится в сжижающий блок, до соответствующего значения, эффективность процесса сжижения в сжижающем блоке может увеличиваться.

[0041]

Согласно шестнадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар (23) для приема верхней фракции из дистилляционного блока и третий охлаждающий блок (86), который располагается между дистилляционным блоком и первым разделяющим газовую и жидкую фазы резервуаром и охлаждает верхнюю фракция из дистилляционного блока.

[0042]

Согласно шестнадцатому аспекту настоящего изобретения, исключается необходимость охлаждения газообразного материала, который вводится в первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар, за счет использования сжижающего блока, таким образом, что нагрузка на сжижающий блок уменьшается.

[0049]

Согласно семнадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система (1) для сжижения природного газа, которая охлаждает природный газ для производства сжиженного природного газа, включающая: первый расширитель (3) для производства энергии посредством расширения природного газа под давлением в качестве газообразного материала; дистилляционный блок (15) для уменьшения содержания или удаления тяжелого компонента, содержащегося в газообразном материале посредством дистилляции газообразного материала, имеющего пониженное давление посредством расширения в первом расширителе; первый компрессор (4) для сжатия газообразного материала, из которого частично или полностью удалены тяжелые компоненты посредством дистилляционного блока, за счет использования энергии, производимой в первом расширителе; и сжижающий блок (21) для сжижения газообразного материала, сжатого первым компрессором, посредством теплообмена с хладагентом.

[0050]

Согласно семнадцатому аспекту настоящего изобретения, в сочетании со сжижением газообразного материала при относительно высоком давлении, составляющем например, 100 бар (абс.) или более, энергия производимый первым расширителем благодаря расширению газообразного материала может использоваться для увеличения давления на выпуске первого компрессора.

[0051]

Согласно восемнадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система (1) для сжижения природного газа, которая охлаждает природный газ для производства сжиженного природного газа, включающая: первый расширитель (3) для производства энергии посредством расширения природного газа под давлением в качестве газообразного материала; первый охлаждающий блок (10, 11, 12) для охлаждения газообразного материала, по меньшей мере, в точке выше по потоку относительно или ниже по потоку относительно первого расширителя; дистилляционный блок (15) для уменьшения содержания или удаления тяжелого компонента, содержащегося в газообразном материале посредством дистилляции газообразного материала, охлажденного первым охлаждающим блоком; первый компрессор (4) для сжатия газообразного материала, из которого частично или полностью удалены тяжелые компоненты посредством дистилляционного блока; и сжижающий блок (21) для сжижения газофазного компонента, отделенного от газообразного материала, сжатого первым компрессором, посредством теплообмена с хладагентом.

[0052]

Согласно восемнадцатомуаспекту настоящего изобретения, предотвращается чрезмерное повышение температуры газообразного материала, который сжимается компрессором и вводимый в сжижающий блок, и температура газообразного материала может легко устанавливаться вблизи температуры на впускном конце сжижающего блока.

[0053]

Согласно девятнадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар (23), который принимает газообразный материал, сжатый первым компрессором, и второй охлаждающий блок (85), который устанавливается между первым компрессором и первым разделяющим газовую и жидкую фазы резервуаром для охлаждения сжатого газа, выпускаемого из первого компрессора.

[0054]

Согласно девятнадцатому аспекту настоящего изобретения, газообразный материал, который вводится в первый разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар, не обязательно должен охлаждаться посредством сжижающего блока, и, таким образом, может уменьшаться нагрузка на сжижающий блок.

[0055]

Согласно двадцатому аспекту настоящего изобретения, предлагается система для сжижения природного газа, дополнительно включающая второй разделяющий газовую и жидкую фазы резервуар (25) для приема части сжатого газа, который сжимается и отделяется первым компрессором, и жидкофазный компонент, отделенный вторым разделяющим газовую и жидкую фазы резервуаром, возвращается в дистилляционный блок.

[0056]

Согласно двадцатомуаспекту настоящего изобретения, даже когда критическое давление газообразного материала является относительно низким, и давление газообразного материала, который подвергается обработке посредством сжижающей системы, составляет более чем критическое давление, сжижающая нагрузка сжижающего блока может уменьшаться, и может повышаться устойчивость процесса в дистилляционном блоке.

[0059]

Согласно двадцать первому аспекту настоящего изобретения, предлагается способ сжижения природного газа посредством охлаждения природного газа для производства сжиженного природного газа, включающий: первую стадию расширения для производства энергии за счет использования природного газа под давлением в качестве газообразного материала; первую стадию охлаждения для охлаждения газообразного материала, имеющего пониженное давление за счет расширения на первой стадии расширения; стадию дистилляции для уменьшения содержания или удаления тяжелого компонента, содержащегося в газообразном материале, посредством дистилляции газообразного материала, охлажденного на первой стадии охлаждения; и первую стадию сжатия для сжатия газообразного материала, из которого частично или полностью удалены тяжелые компоненты на стадии дистилляции, за счет использования энергии, производимой на первой стадии расширения; и стадию сжижения для сжижения газообразного материала, сжатого на первой стадии сжатия посредством теплообмена с хладагентом.

[0060]

Согласно двадцать второму аспекту настоящего изобретения, предлагается способ сжижения природного газа посредством охлаждения природного газа для производства сжиженного природного газа, включающий: первую стадию расширения для производства энергии посредством расширения природного газа под давлением в качестве газообразного материала; первую стадию охлаждения для охлаждения газообразного материала, по меньшей мере, до или после первой стадии расширения; стадию дистилляции для уменьшения содержания или удаления тяжелого компонента, содержащегося в газообразном материале, посредством дистилляции газообразного материала, охлажденного на первой стадии охлаждения; первую стадию сжатия для сжатия газообразного материала, из которого частично или полностью удалены тяжелые компоненты на стадии дистилляции; и стадия сжижения для сжижения газофазного компонента отделенного от газообразного материала, сжатого на первой стадии сжатия посредством теплообмена с хладагентом.

Эффект изобретения

[0061]

Как можно понять из приведенного выше описания, сжижающая система для сжижения природного газа согласно настоящему изобретению обеспечивает повышение давления на выпуске компрессора за счет использования энергии, производимой расширителем, благодаря расширению газообразного материала, и уменьшение охлаждающей способности, которая требуется для охлаждающего блока.

Краткое описание чертежей

[0062]

Фиг. 1 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как первый вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 2 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в традиционной системе для сжижения природного газа, приведенной как первый пример для сравнения;

фиг. 3 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в традиционной системе для сжижения природного газа, приведенной как второй пример для сравнения;

фиг. 4 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как первая модификация первого варианта осуществления;

фиг. 5 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как вторая модификация первого варианта осуществления;

фиг. 6 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как третья модификация первого варианта осуществления;

фиг. 7 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как второй вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 8 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как третий вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 9 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как модификация третьего варианта осуществления;

фиг. 10 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как четвертый вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 11 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как пятый вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 12 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как шестой вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 13 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как первая модификация шестого варианта осуществления;

фиг. 14 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как вторая модификация шестого варианта осуществления;

фиг. 15 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как третий вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 16 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как четвертый вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 17 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как девятый вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 18 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как модификация девятого варианта осуществления;

фиг. 19 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как десятый вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 20 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как одиннадцатый вариант осуществления настоящего изобретения;

фиг. 21 представляет диаграмму, иллюстрирующую первый вариант соединительной конструкции между расширителем и компрессором в системе для сжижения природного газа согласно настоящему изобретению; и

фиг. 22 представляет диаграмму, иллюстрирующую второй вариант соединительной конструкции между расширителем и компрессором в системе для сжижения природного газа согласно настоящему изобретению.

Описание предпочтительных вариантов осуществления

[0063]

Предпочтительные варианты осуществления настоящего изобретения описываются далее со ссылкой на прилагаемые чертежи.

[0064]

(Первый вариант осуществления)

Фиг. 1 представляет диаграмму, иллюстрирующую технологический процесс сжижения в системе для сжижения природного газа, приведенной как первый вариант осуществления настоящего изобретения. Таблица 1, которая будет приведена ниже, представляет результаты моделирования процесса сжижения в системе для сжижения природного газа. Аналогичные результаты представляют таблицы 2-12. Таблица 1 представляет температуру, давление, скорость потока и молярный состав природного газа, который подвергается сжижению, в каждой из различных точек сжижающей системы согласно первому варианту осуществления. В таблице 1 столбцы (i)-(ix) представляют значения в соответствующих точках сжижающей системы 1, обозначенных соответствующими римскими числами (i)-(ix) на фиг. 1.

[0065]

Природный газ, содержащий приблизительно от 80 до 98 мол.% метана, используется в качестве газообразного материала или исходного газа. Газообразный материал также содержит, по меньшей мере, углеводороды C5+, составляющие, по меньшей мере, 0,1 мол.%, или BTX (бензол, толуол, ксилол), составляющие, по меньшей мере, 1 молярную часть на миллион и представляющие собой тяжелые компоненты. Компоненты газообразного материала, которые не представляют собой метан, проиллюстрированы в столбце (i) таблицы 1. Термин "газообразный материал", который используется в настоящем описании, означает материал, который не обязательно должен присутствовать в газообразной форме, но может также присутствовать в форме жидкости после различных стадий сжижения.

[0066]

В этой сжижающей системе 1 газообразный материал направляется в обезвоживающий блок 2 через трубопровод L1 и освобождается от влаги в целях предотвращения проблем, вызываемых образованием льда. Газообразный материал, поступающий в обезвоживающий блок 2, имеет температуру, составляющую приблизительно 20 градусов Цельсия, давление, составляющее приблизительно 5830 кПа (абс.), и скорость потока, составляющую приблизительно 720000 кг/час. Обезвоживающий блок 2 может состоять из колонн, которые заполняет влагопоглотитель (такой как молекулярное сито), и он может уменьшать влагосодержание газообразного материала до менее чем 0,1 молярной части на миллион. Обезвоживающий блок 2 может состоять из любых других известных устройств, которые способны устанавливать влагосодержание газообразного материала ниже желательного уровня.

[0067]

Хотя ниже не представлено подробное обсуждение, в сжижающей системе 1 могут использоваться дополнительные известные устройства для осуществления предварительных технологических стадий, которые предшествуют технологической стадии в обезвоживающем блоке 2, такие как разделительный блок для отделения конденсата природного газа, отделяющий кислые газы блок для удаления кислых газов, таких как диоксид углерода и сероводород, и отделяющий ртуть блок для удаления ртути. Как правило, в обезвоживающий блок 2 поступает газообразный материал, от которого отделены примеси посредством использования таких устройств. Газообразный материал, который направляется в обезвоживающий блок 2, предварительно обрабатывается таким образом, что содержание диоксида углерода (CO₂) составляет менее чем 50 молярных частей на миллион, содержание сероводорода (H₂S) составляет менее чем 4 молярные части на миллион, содержание серы составляет менее чем 20 мг/нм³, и содержание ртути составляет менее чем 10 нг/нм³.

[0068]

Источник газообразного материала может не ограничиваться каким-либо определенным источником, но может представлять собой, не исключительно, сланцевый газ, газ плотных песчаных коллекторов и остающийся в кровле прослоек угля метан в сжатом состоянии. Газообразный материал может поступать не только из источника, такого как газовое месторождение, через трубопровод, но также из резервуаров для хранения.

[0069]

Газообразный материал, от которого вода отделяется в обезвоживающем блоке 2, направляется в первый расширитель 3 через трубопровод L2. Первый расширитель 3 состоит из турбины, которая уменьшает давление природного газа, поступающего в него, и производит мощность (или энергию) в процессе расширения природного газа в изоэнтропических условиях. Когда осуществляется стадии расширения (первая стадия расширения) в первом расширителе 3, давление и температура материала уменьшаются. Первый расширитель 3 имеет общий вал 5 с первым компрессором 4 (который будет обсуждаться далее), таким образом, что энергия, производимая первым расширителем 3 может использоваться в качестве источника энергии для первого компрессора 4. Если скорость вращения первого расширителя 3 составляет менее чем скорость вращения первого компрессора 4, подходящая повышающая скорость зубчатая передача может быть установлена между первым расширителем 3 и первым компрессором 4. Первый расширитель 3 уменьшает температуру газообразного материала до приблизительно 8,3 градусов Цельсия и уменьшает давление до приблизительно 4850 кПа (абс.), соответственно. Как правило, давление газообразного материала, который выпускается из первого расширителя 3, находится в интервале от 3000 кПа (абс.) до 5500 кПа (абс.) (от 30 бар (абс.) до 55 бар (абс.)) или предпочтительнее в интервале от 3500 кПа (абс.) до 5000 кПа (абс.) (от 35 бар (абс.) до 50 бар (абс.)).

[0070]

Газообразный материал из первого расширителя 3 направляется в холодильник 11 через трубопровод L3. Охлаждающий блок (первый охлаждающий блок) образуется посредством присоединения следующего холодильника 12 к расположенному ниже по потоку концу холодильника 11. Газообразный материал охлаждается посредством ступенчатого теплообмена с хладагентом (первая стадия охлаждения) в первом охлаждающем блоке 11, 12. Температура газообразного материала, который подвергается охлаждению посредством первого охлаждающего блока 11, 12, находится в интервале от -20 до -50 градусов Цельсия или предпочтительнее в интервале от -25 до -35 градусов Цельсия. Если газообразный материал, который вводится в сжижающую систему 1, имеет относительно высокое давление, составляющее, например, более чем 100 бар (абс.), первый охлаждающий блок 11, 12 может отсутствовать, поскольку температура газообразного материала на выпуске первого расширителя 3 является относительно низкой, составляя, например, -30 градусов Цельсия. Возможность исключения охлаждающего блока на расположенной выше по потоку стороне дистилляционного блока 15 распространяется в равной степени на варианты осуществления, проиллюстрированные на фиг. 4-18, 20 и 33, которые будет обсуждаться далее.

[0071]

Согласно настоящему варианту осуществления, в системе используется предварительно охлажденный смешанный хладагент на основе пропана (П-СХ). Газообразный материал предварительно охлаждается в первом охлаждающем блоке 11, 12 за счет использования пропана в качестве хладагента, а затем подвергается переохлаждению до чрезвычайно низкой температуры в целях сжижения газообразного материала в холодильном цикле мс использованием смешанного хладагента, как будет обсуждаться далее. Пропан в качестве хладагента (ПХ), имеющий среднее давление (СД) и низкое давление (LP), используется дл