RU2281444C1 - Method of liquefying natural gas - Google Patents
Method of liquefying natural gas Download PDFInfo
- Publication number
- RU2281444C1 RU2281444C1 RU2005127025/06A RU2005127025A RU2281444C1 RU 2281444 C1 RU2281444 C1 RU 2281444C1 RU 2005127025/06 A RU2005127025/06 A RU 2005127025/06A RU 2005127025 A RU2005127025 A RU 2005127025A RU 2281444 C1 RU2281444 C1 RU 2281444C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- gas
- mixture
- energy
- natural gas
- cooling
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 15
- VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N methane Chemical compound C VNWKTOKETHGBQD-UHFFFAOYSA-N 0.000 title claims description 42
- 239000003345 natural gas Substances 0.000 title claims description 17
- 239000000203 mixture Substances 0.000 claims abstract description 24
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims abstract description 21
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 17
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims abstract description 17
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 claims abstract description 13
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 10
- 239000007789 gas Substances 0.000 claims description 26
- 239000006096 absorbing agent Substances 0.000 abstract 2
- 239000003795 chemical substances by application Substances 0.000 abstract 1
- OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N Methanol Chemical compound OC OKKJLVBELUTLKV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 13
- 238000005265 energy consumption Methods 0.000 description 5
- 239000007788 liquid Substances 0.000 description 5
- CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N Carbon dioxide Chemical compound O=C=O CURLTUGMZLYLDI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 4
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 2
- 229910002092 carbon dioxide Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000001569 carbon dioxide Substances 0.000 description 2
- 238000009833 condensation Methods 0.000 description 2
- 230000005494 condensation Effects 0.000 description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 2
- 239000012467 final product Substances 0.000 description 2
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 2
- 239000000047 product Substances 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- -1 cooling by expansion Chemical compound 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 239000007792 gaseous phase Substances 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 description 1
- 239000007791 liquid phase Substances 0.000 description 1
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 1
- 238000000746 purification Methods 0.000 description 1
- 230000001172 regenerating effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области технологии сжижения природного газа, преимущественно поступающего из скважины.The invention relates to the field of technology for liquefying natural gas, mainly from a well.
Известен способ получения сжиженного природного газа, включающий сжатие исходного газа в компрессорной ступени турбодетандера, впрыск в него метанола, охлаждение газа, осушку и очистку от диоксида углерода путем контактирования с метанолом, отделение от водо-конденсат-метанольной смеси, разделение ее на составляющие и регенерацию выделенного метанола с последующим его возвратом на стадии осушки и очистки; после охлаждения газ разделяют на три потока в следующем массовом соотношении: 1,7:2,3:1,0 соответственно, при этом первый поток направляют на нагревание, а затем смешивают со вторым потоком перед их подачей в расширительную ступень детандера, третий поток подают на контактирование с охлажденным метанолом, после чего его дополнительно охлаждают, отделяют жидкий конденсат и смешивают с первым и вторым потоками на входе в детандер, см. RU 95117635.A known method of producing liquefied natural gas, including compressing the source gas in the compressor stage of a turboexpander, injecting methanol into it, cooling the gas, drying and purifying carbon dioxide by contacting with methanol, separating it from the water-condensate-methanol mixture, separating it into components and regenerating separated methanol with its subsequent return to the stage of drying and purification; after cooling, the gas is divided into three streams in the following mass ratio: 1.7: 2.3: 1.0, respectively, while the first stream is directed to heating, and then mixed with the second stream before they are fed to the expansion stage of the expander, the third stream is fed for contacting with chilled methanol, after which it is further cooled, liquid condensate is separated and mixed with the first and second streams at the inlet to the expander, see RU 95117635.
Недостатком данного способа является необходимость предварительного охлаждения, сложность реализации ввиду необходимости разделения газа на три потока строго в заданных соотношениях, высокая стоимость оборудования, необходимого для осуществления способа.The disadvantage of this method is the need for pre-cooling, the complexity of the implementation due to the need to separate the gas into three streams strictly in predetermined proportions, the high cost of equipment necessary for the implementation of the method.
Известен способ сжижения природного газа, подаваемого под давлением, включающий разделение исходного потока сжатого газа на две части, охлаждение первой части в теплообменнике, а второй части - в охладителе, с последующим их смешением, расширением и отделением образовавшейся жидкой фазы от газообразной фазы, которую подают в теплообменник обратным потоком; перед охлаждением первую часть исходного потока подают в вихревую трубу, из которой отводят холодный и горячий потоки, причем холодный поток смешивают с обратным потоком и направляют в теплообменник, а горячий направляют в теплообменник прямым потоком, затем смешивают его с охлажденной в охладителе второй частью исходного потока перед расширением, см. RU 2178129.A known method of liquefying natural gas supplied under pressure, comprising dividing the initial stream of compressed gas into two parts, cooling the first part in a heat exchanger, and the second part in a cooler, followed by mixing, expansion and separation of the formed liquid phase from the gaseous phase, which is supplied return flow to the heat exchanger; before cooling, the first part of the feed stream is fed into a vortex tube, from which cold and hot flows are removed, the cold stream is mixed with the return flow and sent to the heat exchanger, and the hot stream is sent to the heat exchanger in a direct flow, then it is mixed with the second part of the feed stream cooled in the cooler. before expansion, see RU 2178129.
Для реализации данного способа необходимо сложное и дорогостоящее оборудование, в частности детандер, компрессор, дополнительный вихревой охладитель и т.д. Для сжижения газа необходимо осуществление нескольких циклов охлаждения, что существенно увеличивает энергозатраты и время, необходимое для получения сжиженного газа.To implement this method requires complex and expensive equipment, in particular an expander, a compressor, an additional vortex cooler, etc. For gas liquefaction, several cooling cycles are necessary, which significantly increases the energy consumption and time required to produce liquefied gas.
Известен способ сжижения природного газа, включающий его охлаждение путем расширения. Природный газ перед охлаждением смешивают с энергопоглощающей субстанцией парами жидкости или газом с молярной массой М 40 кг/моль. Пары жидкости или газ составляют 10-50 мас.% от общей массы получаемой смеси. Далее смесь разгоняют до скорости, превышающей скорость звука в ней, RU 2212599 С1.A known method of liquefying natural gas, including its cooling by expansion. Before cooling, natural gas is mixed with an energy-absorbing substance by liquid vapor or a gas with a molar mass M of 40 kg / mol. Vapors of liquid or gas make up 10-50 wt.% Of the total mass of the resulting mixture. Next, the mixture is accelerated to a speed exceeding the speed of sound in it, RU 2212599 C1.
Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.This technical solution is taken as a prototype of the present invention.
Этот способ базируется на новом принципе, который состоит в том, что благодаря добавке к природному газу энергопоглощающей субстанции с весьма большой молекулярной массой, более чем в три раза превышающей молекулярную массу природного газа, энергия полученной газовой смеси при ее разгоне делится пропорционально молекулярным массам компонентов смеси. Поэтому при последующем охлаждении путем расширения большую часть энергии отбирает компонент с большей молекулярной массой, что обеспечивает охлаждение и сжижение легкого компонента (природного газа).This method is based on a new principle, which consists in the fact that due to the addition to natural gas of an energy-absorbing substance with a very large molecular weight, more than three times the molecular weight of natural gas, the energy of the obtained gas mixture during its acceleration is divided in proportion to the molecular weights of the mixture components . Therefore, during subsequent cooling by expansion, most of the energy is taken away by a component with a higher molecular weight, which provides cooling and liquefaction of the light component (natural gas).
Однако использование в качестве энергопоглощающей субстанции паров жидкости или газа с большой молекулярной массой приводит сначала к образованию кластеров, а затем и макроскопических капель вследствие конденсации паров жидкости или газа, что ухудшает гидродинамические характеристики потока и затрудняет разгон смеси до сверхзвуковой скорости. Это объясняется тем, что капли в потоке приобретают форму аэродинамических профилей, испытывающих значительное лобовое сопротивление. В результате для разгона смеси требуются высокие затраты энергии и, соответственно, снижается эффективность способа.However, the use of high molecular weight liquid or gas vapors as an energy absorbing substance leads first to the formation of clusters, and then macroscopic droplets due to condensation of liquid or gas vapors, which affects the hydrodynamic characteristics of the flow and makes it difficult to accelerate the mixture to supersonic speed. This is because the droplets in the flow take the form of aerodynamic profiles experiencing significant drag. As a result, high energy costs are required to disperse the mixture and, accordingly, the efficiency of the method is reduced.
Задачей настоящего изобретения является снижение затрат энергии, необходимых для обеспечения сверхзвуковой скорости потока и тем самым повышения эффективности способа.The objective of the present invention is to reduce the energy required to provide a supersonic flow rate and thereby increase the efficiency of the method.
Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе сжижения природного газа, включающем его охлаждение путем расширения, при этом газ перед охлаждением смешивают с энергопоглощающей субстанцией, после чего смесь разгоняют до скорости, превышающей скорость звука в ней, в качестве энергопоглощающей субстанции используют частицы углерода размером не более 500 нм, при этом частицы углерода составляют 30-70 мас.% от общей массы смеси газа с указанными частицами.According to the invention, this problem is solved due to the fact that in a method of liquefying natural gas, including cooling by expansion, the gas is mixed with an energy-absorbing substance before cooling, after which the mixture is accelerated to a speed exceeding the speed of sound in it, as an energy-absorbing substance, carbon particles with a size of not more than 500 nm, while carbon particles make up 30-70 wt.% of the total mass of the gas mixture with these particles.
Заявителем не выявлены источники, содержащие информацию о технических решениях, идентичных настоящему изобретению, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «новизна».The applicant has not identified sources containing information about technical solutions identical to the present invention, which allows us to conclude that it meets the criterion of "novelty."
Благодаря тому что в качестве энергопоглощающей субстанции используют частицы углерода, исключается образование кластеров и капель. Тем самым обеспечивается однородность поля скоростей потока, что позволяет достичь сверхзвуковой скорости потока при существенно меньших по сравнению с прототипом затратах энергии. При этом частицы углерода должны иметь размер не более 500 нм, в ином случае они ведут себя аналогично макроскопическим каплям, что вызывает нарушение однородности поля скоростей потока; частицы углерода должны составлять не менее 30 мас.% и не более 70 мас.% от общей массы смеси природного газа с этими частицами. Если доля частиц углерода (энергопоглощающей субстанции) менее 30 мас.%, то энергопоглощение слишком мало и эффективного охлаждения и тем более сжижения газа не происходит. Если доля частиц углерода превышает 70 мас.%, то в такой смеси недостаточно полезного продукта - газа и, соответственно, невелик выход конечного продукта - сжиженного газа.Due to the fact that carbon particles are used as an energy-absorbing substance, the formation of clusters and drops is excluded. This ensures the uniformity of the flow velocity field, which allows to achieve supersonic flow velocity at significantly lower energy costs compared to the prototype. In this case, the carbon particles should have a size of not more than 500 nm, otherwise they behave similarly to macroscopic droplets, which causes a violation of the uniformity of the flow velocity field; carbon particles should be at least 30 wt.% and not more than 70 wt.% of the total mass of a mixture of natural gas with these particles. If the fraction of carbon particles (energy-absorbing substance) is less than 30 wt.%, Then energy absorption is too small and effective cooling and, moreover, gas liquefaction does not occur. If the proportion of carbon particles exceeds 70 wt.%, Then in such a mixture there is not enough useful product - gas and, accordingly, the yield of the final product - liquefied gas is small.
Заявителем не обнаружены какие-либо источники информации, содержащие сведения о влиянии заявленных отличительных признаков на достигаемый вследствие их реализации технический результат. Это, по мнению заявителя, свидетельствует о соответствии данного технического решения критерию «изобретательский уровень».The applicant has not found any sources of information containing information about the impact of the claimed distinctive features on the technical result achieved as a result of their implementation. This, according to the applicant, indicates that this technical solution meets the criterion of "inventive step".
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена схема, поясняющая реализацию заявленного способа.The invention is illustrated in the drawing, which shows a diagram explaining the implementation of the claimed method.
Из скважины в смеситель 1 под естественным давлением свыше 300 атм поступает природный газ. Через патрубок 2 в смеситель вводят частицы углерода, которые перемешиваются с природным газом; частицы имеют размер не более 500 нм и составляют от 30 до 70 мас.% от общей массы смеси. В конкретном примере использованы частицы интеркалированного графита.From the well into the mixer 1 at a natural pressure of more than 300 atm, natural gas is supplied. Through pipe 2, carbon particles are introduced into the mixer, which are mixed with natural gas; particles have a size of not more than 500 nm and comprise from 30 to 70 wt.% of the total mass of the mixture. In a specific example, intercalated graphite particles were used.
Затем открывают сопло 3, в данном примере - сверхзвуковое сопло Лаваля; смесь разгоняют до скорости, превышающей скорость звука в данной смеси. Это обеспечивается параметрами сопла 3, рассчитываемыми для каждого вида смеси. На выходе из сопла 3 происходит адиабатическое расширение смеси, давление падает, и, соответственно, падает температура смеси и происходит ее разделение, так как кинетическая энергия каждого компонента смеси пропорциональна его молекулярной массе. В примыкающей к соплу 3 конденсационной камере 4 конденсируется жидкий природный газ, который по магистрали 5 поступает в приемную емкость (не показана).Then open the nozzle 3, in this example, the supersonic Laval nozzle; the mixture is accelerated to a speed exceeding the speed of sound in this mixture. This is ensured by the parameters of the nozzle 3, calculated for each type of mixture. At the exit from the nozzle 3, the mixture adiabatically expands, the pressure drops, and, accordingly, the temperature of the mixture drops and its separation occurs, since the kinetic energy of each component of the mixture is proportional to its molecular weight. In the condensation chamber 4 adjacent to the nozzle 3, liquid natural gas is condensed, which, via line 5, enters a receiving tank (not shown).
Частицы углерода, обладающие значительной кинетической энергией, пролетают через камеру 4 и оседают в сборнике 6, после чего посредством повторного интеркалирования могут быть приведены в исходное состояние для повторного использования.Particles of carbon having significant kinetic energy fly through the chamber 4 and settle in the collector 6, after which, by re-intercalation can be restored to its original state for reuse.
Пример 1.Example 1
Исходный природный газ метан имеет исходное давление 350 атм. и температуру 20°С. В поток поступающего в смеситель газа введен порошок интеркалированного графита в количестве 30 мас.% от общей массы смеси с частицами размером не более 500 нм; выход сжиженного газа составил 48% от массы исходного природного газа при давлении 1 атм и температуре 161°С; расход энергии на единицу конечного продукта 500 кДж/кг.The starting natural gas methane has an initial pressure of 350 atm. and a temperature of 20 ° C. Powder of intercalated graphite in the amount of 30 wt.% Of the total mass of the mixture with particles no larger than 500 nm was introduced into the gas flowing into the mixer; the yield of liquefied gas was 48% by weight of the source of natural gas at a pressure of 1 atm and a temperature of 161 ° C; energy consumption per unit of the final product is 500 kJ / kg.
Пример 2.Example 2
Исходный природный газ метан имеет исходное давление 350 атм и температуру 20°С. Введено 70 мас.% порошка интеркалированного графита от общей массы смеси с частицами не крупнее 500 нм; выход сжиженного газа 42% от массы исходного газа с выходным давлением 1 атм и температурой 161°С. Расход энергии 540 кДж/кг.The starting natural gas methane has an initial pressure of 350 atm and a temperature of 20 ° C. Introduced 70 wt.% Powder of intercalated graphite from the total mass of the mixture with particles no larger than 500 nm; the output of liquefied gas is 42% by weight of the source gas with an outlet pressure of 1 atm and a temperature of 161 ° C. Energy consumption 540 kJ / kg.
Пример 3.Example 3
Исходный природный газ метан имеет исходное давление 350 атм и температуру 20°С. Введено 50 мас.% порошка интеркалированного графита с размерами частиц до 500 нм; выход сжиженного газа 67% от массы исходного газа при давлении 1 атм и температуре 161°С.The starting natural gas methane has an initial pressure of 350 atm and a temperature of 20 ° C. Introduced 50 wt.% Powder of intercalated graphite with particle sizes up to 500 nm; the yield of liquefied gas is 67% by weight of the source gas at a pressure of 1 atm and a temperature of 161 ° C.
Расход энергии 430 кДж/кг.Energy consumption 430 kJ / kg.
Пример 4 (прототип).Example 4 (prototype).
Метан смешивался с углекислым газом (М=44 кг/кмоль) в соотношении 50:50 мас.; выход сжиженного газа - 52% от массы исходного продукта при давлении 1 атм и температуре 161°С. Расход энергии 780 кДж/кг.Methane was mixed with carbon dioxide (M = 44 kg / kmol) in a ratio of 50:50 wt.; the output of liquefied gas is 52% by weight of the starting product at a pressure of 1 atm and a temperature of 161 ° C. Energy consumption 780 kJ / kg.
Для реализации способа использовано широко распространенное промышленное оборудование, что обусловливает, по мнению заявителя, соответствие изобретения критерию «промышленная применимость».To implement the method used widespread industrial equipment, which determines, according to the applicant, the invention meets the criterion of "industrial applicability".
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005127025/06A RU2281444C1 (en) | 2005-08-23 | 2005-08-23 | Method of liquefying natural gas |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2005127025/06A RU2281444C1 (en) | 2005-08-23 | 2005-08-23 | Method of liquefying natural gas |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2281444C1 true RU2281444C1 (en) | 2006-08-10 |
Family
ID=37059654
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2005127025/06A RU2281444C1 (en) | 2005-08-23 | 2005-08-23 | Method of liquefying natural gas |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2281444C1 (en) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU255949A1 (en) * | В. Н. Бурмистров | REFRIGERATING MACHINE FOR STEAM LIQUIDATION | ||
| RU2125599C1 (en) * | 1996-05-06 | 1999-01-27 | Научно-производственное объединение "Агротех" | Method of treating liquid media |
| RU2139479C1 (en) * | 1998-10-16 | 1999-10-10 | Алферов Вадим Иванович | Method of liquefaction of gas |
-
2005
- 2005-08-23 RU RU2005127025/06A patent/RU2281444C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU255949A1 (en) * | В. Н. Бурмистров | REFRIGERATING MACHINE FOR STEAM LIQUIDATION | ||
| RU2125599C1 (en) * | 1996-05-06 | 1999-01-27 | Научно-производственное объединение "Агротех" | Method of treating liquid media |
| RU2139479C1 (en) * | 1998-10-16 | 1999-10-10 | Алферов Вадим Иванович | Method of liquefaction of gas |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9500404B2 (en) | Method and system for removing H2S from a natural gas stream | |
| CN101069055B (en) | Systems and methods for cryogenic gas separation | |
| CN102326044B (en) | Use the CO of cryogenic condensation 2recovery method | |
| RU2619312C2 (en) | Method and apparatus for separating co2 while cooling with using laval nozzle | |
| EP3771485B1 (en) | Process for obtaining carbon dioxide from furnace combustion fumes | |
| CN102220176A (en) | Method of separating nitrogen from natural gas flow in liquefied natural gas production by nitrogen stripping | |
| WO2009123668A1 (en) | Radial counterflow steam stripper | |
| CN1509262A (en) | Method for recovering ethane by refrigeration cycle with a mixture of at least two refrigerants, gas obtained by this method, and operating equipment | |
| RU2281444C1 (en) | Method of liquefying natural gas | |
| CN102166464B (en) | A pre-nucleated supersonic vortex tube natural gas dehydration method | |
| EP3479037B1 (en) | System and method for producing liquefied natural gas | |
| US3528218A (en) | Supersonic flow separator with admixing | |
| RU2353422C1 (en) | Gas-dynamic separator | |
| RU2212599C1 (en) | Natural gas liquefaction method | |
| RU2297580C1 (en) | Method of liquefying natural gas | |
| CN106583066A (en) | Low-temperature cyclone supersonic separation device and natural gas dehydration and dehydrocarbon process | |
| RU2352878C1 (en) | Gas-dynamic separation method | |
| RU2003124343A (en) | METHOD FOR PRODUCING LIQUEFIED NATURAL GAS | |
| JP2004286348A (en) | Carbon dioxide removing method and its device | |
| Arinelli et al. | CO2 Rich Natural Gas Processing: Technical, Power Consumption and Emission Comparisons of Conventional and Supersonic Technologies | |
| EP3912703B1 (en) | Gas purification method from impurities | |
| RU2072487C1 (en) | Method of cooling gases | |
| JP2025047896A (en) | Exhaust Gas Recycling System | |
| JP2021162279A (en) | Oxygen-enriched air manufacturing system | |
| Vlasenko et al. | Combined Supersonic Separator for FPSO |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150824 |