[go: up one dir, main page]

RU2836202C1 - Method of producing liquefied methane of high purity - Google Patents

Method of producing liquefied methane of high purity Download PDF

Info

Publication number
RU2836202C1
RU2836202C1 RU2024115195A RU2024115195A RU2836202C1 RU 2836202 C1 RU2836202 C1 RU 2836202C1 RU 2024115195 A RU2024115195 A RU 2024115195A RU 2024115195 A RU2024115195 A RU 2024115195A RU 2836202 C1 RU2836202 C1 RU 2836202C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
sent
heat exchanger
nitrogen
rectification column
liquid
Prior art date
Application number
RU2024115195A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Илья Халидович Болтенков
Алла Андреевна Довбиш
Original Assignee
Акционерное общество криогенного машиностроения (АО "Криогенмаш")
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество криогенного машиностроения (АО "Криогенмаш") filed Critical Акционерное общество криогенного машиностроения (АО "Криогенмаш")
Application granted granted Critical
Publication of RU2836202C1 publication Critical patent/RU2836202C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: cryogenic equipment.
SUBSTANCE: invention relates to cryogenic engineering and can be used in gas industry to produce liquefied methane of high purity. Method of producing high-purity liquefied methane includes pre-cooling in a first heat exchanger, cooling in a second heat exchanger to form a two-phase flow, which is removed from the second heat exchanger and separated in the first separator into steam and liquid. Liquid after the first separator is throttled in the first throttle and directed to the second separator, where it is separated into liquid and steam, after which the liquid is sent to the first heat exchanger for cold recovery and then for recycling, and steam from the second separator is throttled in the second throttle and is directed to the lower part of the first rectification column. Steam from the first separator is returned to the second heat exchanger for further cooling and liquefaction, the obtained liquid is throttled in the third throttle and sent to the upper part of the first rectification column, in which separation is carried out to obtain a liquid, which is removed from the lower part of the first fractionation column and sent as a return flow to a second heat exchanger for cold recovery, after evaporation and heating, the obtained gas is sent to a circulation compressor of natural gas, then it is mixed with natural gas supplied to the first heat exchanger, and steam enriched with methane and nitrogen, which is removed from the upper part of the first rectification column and is directed after throttling in the fourth throttle for further separation into the second rectification column, to obtain liquefied methane of high purity, which is removed from the lower part of the second rectification column and is directed after throttling in the fifth throttle into a storage system, and steam enriched with nitrogen, which is removed from the upper part of the second rectification column and sent for recycling. Cooling and liquefaction of natural gas in the second heat exchanger is carried out by means of an external closed nitrogen circulation circuit.
EFFECT: obtaining liquefied methane of high purity.
1 cl, 1 dwg, 1 tbl

Description

Изобретение относится к области криогенной техники и может быть использовано в газовой промышленности для получения сжиженного метана высокой чистоты.The invention relates to the field of cryogenic technology and can be used in the gas industry to produce high-purity liquefied methane.

Известен способ получения чистого метана (RU 2296922 С1, F256J 3/02, 10.04.2007), включающий сепарацию магистрального природного газа от механических примесей и капельной влаги, адсорбционную осушку, охлаждение в теплообменнике и ректификацию с получением чистого метана. Газ после теплообменника подают в колонну двукратной ректификации, где его разделяют в нижней ректификационной колонне на смесь метана и азота и кубовую жидкость. Кубовую жидкость из нижней колонны смешивают с жидким азотом, подаваемым из криогенного резервуара, и направляют в верхний конденсатор-испаритель, жидкую смесь метана и азота подают из карманов нижнего конденсатора-испарителя в верхнюю ректификационную колонну. Чистый газообразный метан отводят из нижнего конденсатора-испарителя. Охлаждение прямого потока в теплообменнике осуществляют за счет подогрева пара из верхнего конденсатора-испарителя и продукционного чистого газообразного метана.A method for obtaining pure methane is known (RU 2296922 C1, F256J 3/02, 10.04.2007), including separation of main natural gas from mechanical impurities and condensed moisture, adsorption drying, cooling in a heat exchanger and rectification to obtain pure methane. The gas after the heat exchanger is fed to a double rectification column, where it is separated in the lower rectification column into a mixture of methane and nitrogen and a bottoms liquid. The bottoms liquid from the lower column is mixed with liquid nitrogen fed from a cryogenic tank and sent to the upper condenser-evaporator, the liquid mixture of methane and nitrogen is fed from the pockets of the lower condenser-evaporator to the upper rectification column. Pure gaseous methane is removed from the lower condenser-evaporator. Cooling of the direct flow in the heat exchanger is carried out by heating the steam from the upper condenser-evaporator and the produced pure gaseous methane.

К недостаткам данного способа следует отнести использование жидкого азота из резервуара, что приводит к высоким операционным затратам на производство чистого метана, в то время как при использовании внешнего замкнутого азотного циркуляционного контура требуется единовременная заправка контура газообразным азотом и не требуется постоянный запас жидкого азота для получения чистого метана, также недостатком является получение метана чистотой не менее 99,95%, но не чистотой 99,995% мольн.The disadvantages of this method include the use of liquid nitrogen from a tank, which leads to high operating costs for the production of pure methane, while when using an external closed nitrogen circulation circuit, a one-time filling of the circuit with gaseous nitrogen is required and a constant supply of liquid nitrogen is not required to obtain pure methane, another disadvantage is the production of methane with a purity of at least 99.95%, but not with a purity of 99.995% mole.

Известен также способ сжижения природного газа (RU 2775341, F25J 1/02, 29.06.2022), включающий очистку и осушку исходного природного газа и охлаждение в пластинчато-ребристом теплообменном аппарате до образования двухфазного потока, который выводят из теплообменного аппарата и разделяют на газ и жидкую фракцию в сепараторе, жидкую фракцию направляют на утилизацию, газ возвращают из сепаратора в теплообменный аппарат для его сжижения и переохлаждения посредством внешнего замкнутого азотно-детандерного цикла. Азот сжимают, охлаждают, разделяют на два потока и дополнительно сжимают каждый поток до различных значений давления в компрессорных ступенях первого и второго турбодетандер-компрессорных агрегатов. Охлаждают каждый поток азота и подают в теплообменный аппарат, в котором потоки азота с различным значением давления охлаждают до различного значения температур, выводят из теплообменного аппарата и направляют на расширение в детандерные ступени турбодетандер-компрессорных агрегатов. Направляют холодные потоки азота низкого давления в теплообменный аппарат для теплообмена с потоком сжижаемого природного газа и потоками азота высокого давления.A method for liquefying natural gas is also known (RU 2775341, F25J 1/02, 29.06.2022), including cleaning and drying the original natural gas and cooling in a plate-fin heat exchanger until a two-phase flow is formed, which is removed from the heat exchanger and separated into gas and a liquid fraction in a separator, the liquid fraction is sent for disposal, the gas is returned from the separator to the heat exchanger for its liquefaction and supercooling by means of an external closed nitrogen-expander cycle. Nitrogen is compressed, cooled, divided into two flows, and each flow is additionally compressed to different pressure values in the compressor stages of the first and second turboexpander-compressor units. Each nitrogen stream is cooled and fed into a heat exchanger, in which nitrogen streams with different pressure values are cooled to different temperatures, removed from the heat exchanger and sent for expansion into the expander stages of turbo-expander-compressor units. Cold low-pressure nitrogen streams are sent into a heat exchanger for heat exchange with a stream of liquefied natural gas and high-pressure nitrogen streams.

Недостатками данного способа являются использование низкотемпературной конденсации и сепарации для увеличения концентрации метана в сжиженном природном газе, которая не позволяет получить сжиженный метан чистотой 99,995% мольн. и применение двух турбодетандер-компрессорных агрегатов, что усложняет конструкцию и увеличивает капитальные затраты.The disadvantages of this method are the use of low-temperature condensation and separation to increase the concentration of methane in liquefied natural gas, which does not allow obtaining liquefied methane with a purity of 99.995% mole, and the use of two turbo-expander-compressor units, which complicates the design and increases capital costs.

Наиболее близким к заявленному техническому решению аналогом, выбранным в качестве прототипа, является способ получения сжиженного метана с узлом ректификации (A.M. Домашенко, А.Л. Довбиш, «Технические газы», Т. 17, №2, 2017 год, стр. 53), при котором природный газ после очистки и осушки поступает в группу предварительных теплообменников, после которых охлаждается в испарителе холодильной машины, после чего природный газ охлаждается в теплообменниках и испарителе первой ректификационной колонны, затем дросселируется и подается в первую ректификационную колонну, в которой природный газ разделяется на жидкость, обогащенную высококипящими компонентами, и пар, содержащий кроме метана низкокипящие компоненты. Пар направляется в испаритель второй ректификационной колонны, в котором охлаждается, частично конденсируется и поступает на разделение во вторую ректификационную колонну, из нижней части которой отбирается очищенный жидкий метан, далее жидкий метан дросселируется, направляется в сепаратор, жидкость из сепаратора направляется в хранилище жидкого метана. Жидкость из первой ректификационной колонны последовательно охлаждается в теплообменниках паром из сепаратора и из верхней части второй ректификационной колонны, далее смешивается с частью потока чистого метана, дросселируется и в качестве хладоносителя подается в конденсатор второй ректификационной колонны. После выхода из конденсатора поток разделяется в сепараторе на пар и жидкость. Пар подогревается в теплообменниках и направляется на вход компрессора, жидкость в качестве хладоносителя поступает в конденсатор первой ректификационной колонны.The closest analogue to the declared technical solution, selected as a prototype, is a method for obtaining liquefied methane with a rectification unit (A.M. Domashchenko, A.L. Dovbish, “Technical Gases”, Vol. 17, No. 2, 2017, p. 53), in which natural gas, after purification and drying, enters a group of preliminary heat exchangers, after which it is cooled in the evaporator of a refrigeration machine, after which the natural gas is cooled in heat exchangers and the evaporator of the first rectification column, then throttled and fed to the first rectification column, in which natural gas is separated into a liquid enriched in high-boiling components and steam containing, in addition to methane, low-boiling components. The steam is directed to the evaporator of the second rectification column, where it is cooled, partially condensed and fed for separation to the second rectification column, from the lower part of which purified liquid methane is collected, then the liquid methane is throttled, sent to the separator, the liquid from the separator is sent to the liquid methane storage. The liquid from the first rectification column is successively cooled in heat exchangers by steam from the separator and from the upper part of the second rectification column, then mixed with a part of the pure methane flow, throttled and fed to the condenser of the second rectification column as a coolant. After leaving the condenser, the flow is separated in the separator into steam and liquid. The steam is heated in the heat exchangers and sent to the compressor inlet, the liquid as a coolant enters the condenser of the first rectification column.

Недостатком способа является получение сжиженного метана чистотой 99,97% мольн. при использовании достаточно большого количества теплообменников (6 шт).The disadvantage of the method is the production of liquefied methane with a purity of 99.97% mole when using a sufficiently large number of heat exchangers (6 pcs).

Техническая проблема, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, заключается в получении сжиженного метана с чистотой 99,995% мольн. из природных газов разнообразных составов.The technical problem that the claimed technical solution is aimed at solving is the production of liquefied methane with a purity of 99.995% mole from natural gases of various compositions.

Технический результат заключается в получении сжиженного метана высокой чистоты за счет использования внешнего замкнутого азотного циркуляционного контура.The technical result consists in obtaining high-purity liquefied methane by using an external closed nitrogen circulation circuit.

Технический результат достигается тем, что способ получения сжиженного метана высокой чистоты включает в себя предварительное охлаждение в первом теплообменном аппарате 1, охлаждение во втором теплообменном аппарате 2 с образованием двухфазного потока, который выводят из второго теплообменного аппарата 2 и разделяют в первом сепараторе 3 на пар и жидкость. Жидкость после первого сепаратора 3 дросселируют в первом дросселе 4 и направляют во второй сепаратор 5, где производят разделение на жидкость и пар. Жидкость после второго сепаратора 5 направляют в первый теплообменный аппарат 1 для рекуперации холода и далее на утилизацию, а пар из второго сепаратора 5 дросселируют во втором дросселе 6 и направляют в нижнюю часть первой ректификационной колонны 7. Пар из первого сепаратора 3 возвращают во второй теплообменный аппарат 2 для дальнейшего охлаждения и ожижения. Полученную жидкость дросселируют в третьем дросселе 8 и направляют в верхнюю часть первой ректификационной колонны 7. Жидкость из нижней части первой ректификационной колонны 7 направляют в качестве обратного потока во второй теплообменный аппарат 2 для рекуперации холода. После испарения и нагрева полученный после второго теплообменного аппарата 2 газ направляют в циркуляционный компрессор природного газа 9, затем смешивают его с природным газом, поступающим в первый теплообменный аппарат 1. Пар, обогащенный метаном и азотом, выводят из верхней части первой ректификационной колонны 7 и направляют после дросселирования в четвертом дросселе 10 на дальнейшее разделение во вторую ректификационную колонну 11 с получением сжиженного метана высокой чистоты, который выводят из нижней части второй ректификационной колонны 11 и направляют после дросселирования в пятом дросселе 12 в систему хранения 13. Пар, обогащенный азотом, выводят из верхней части второй ректификационной колонны 11 и направляют на утилизацию. При этом охлаждение и ожижение природного газа во втором теплообменном аппарате 2 осуществляется посредством внешнего замкнутого азотного циркуляционного контура, в котором происходит сжатие азота в циркуляционном азотном компрессоре 14, направление его на дополнительное сжатие в компрессорную ступень турбодетандер-компрессорного агрегата 15, после чего поток азота направляют во второй теплообменный аппарат 2 для охлаждения и ожижения. Первую часть охлаждаемого потока азота выводят из второго теплообменного аппарата 2 и направляют в детандерную ступень турбодетандер-компрессорного агрегата 15 на расширение. Вторую часть азота охлаждают и ожижают во втором теплообменном аппарате 2, затем дросселируют в шестом дросселе 16 и в качестве хладоносителя направляют в конденсатор 17 второй ректификационной колонны 11, после испарения в конденсаторе 17 второй ректификационной колонны 11 объединяют с холодным потоком азота низкого давления после детандерной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата 15. Объединенный поток азота направляют во второй теплообменный аппарат 2 для теплообмена с потоками природного газа и потоками азота высокого давления, затем выводят из второго теплообменного аппарата 2 и разделяют на две части. Меньшую часть направляют в качестве теплоносителя в испаритель 18 второй ректификационной колонны 11, затем, после охлаждения в испарителе 18, смешивают с большей частью азота после второго теплообменного аппарата 2, и смешанный поток азота направляют в циркуляционный азотный компрессор 14.The technical result is achieved in that the method for producing high-purity liquefied methane includes preliminary cooling in the first heat exchanger 1, cooling in the second heat exchanger 2 with the formation of a two-phase flow, which is removed from the second heat exchanger 2 and separated in the first separator 3 into steam and liquid. The liquid after the first separator 3 is throttled in the first throttle 4 and sent to the second separator 5, where it is separated into liquid and steam. The liquid after the second separator 5 is sent to the first heat exchanger 1 for cold recovery and then for utilization, and the steam from the second separator 5 is throttled in the second throttle 6 and sent to the lower part of the first rectification column 7. The steam from the first separator 3 is returned to the second heat exchanger 2 for further cooling and liquefaction. The resulting liquid is throttled in the third throttle 8 and sent to the upper part of the first rectification column 7. The liquid from the lower part of the first rectification column 7 is sent as a return flow to the second heat exchanger 2 for cold recovery. After evaporation and heating, the gas obtained after the second heat exchange apparatus 2 is sent to the natural gas circulation compressor 9, then mixed with the natural gas entering the first heat exchange apparatus 1. The steam enriched with methane and nitrogen is removed from the upper part of the first rectification column 7 and sent after throttling in the fourth throttle 10 for further separation into the second rectification column 11 to obtain high-purity liquefied methane, which is removed from the lower part of the second rectification column 11 and sent after throttling in the fifth throttle 12 to the storage system 13. The steam enriched with nitrogen is removed from the upper part of the second rectification column 11 and sent for utilization. In this case, cooling and liquefaction of natural gas in the second heat exchange apparatus 2 is carried out by means of an external closed nitrogen circulation circuit, in which nitrogen is compressed in the circulation nitrogen compressor 14, directed for additional compression into the compressor stage of the turbo expander-compressor unit 15, after which the nitrogen flow is directed into the second heat exchange apparatus 2 for cooling and liquefaction. The first part of the cooled nitrogen flow is removed from the second heat exchange apparatus 2 and directed into the expander stage of the turbo expander-compressor unit 15 for expansion. The second part of the nitrogen is cooled and liquefied in the second heat exchange apparatus 2, then throttled in the sixth throttle 16 and sent as a coolant to the condenser 17 of the second rectification column 11, after evaporation in the condenser 17 of the second rectification column 11, it is combined with a cold stream of low-pressure nitrogen after the expander stage of the turboexpander-compressor unit 15. The combined nitrogen stream is sent to the second heat exchange apparatus 2 for heat exchange with natural gas streams and high-pressure nitrogen streams, then removed from the second heat exchange apparatus 2 and divided into two parts. The smaller portion is sent as a heat carrier to the evaporator 18 of the second rectification column 11, then, after cooling in the evaporator 18, it is mixed with the larger portion of nitrogen after the second heat exchange apparatus 2, and the mixed nitrogen flow is sent to the circulation nitrogen compressor 14.

Установка для реализации способа приведена на чертеже Фиг. 1.The installation for implementing the method is shown in the drawing Fig. 1.

Установка включает в себя первый теплообменный аппарат 1, второй теплообменный аппарат 2, первый и второй сепараторы 3 и 5, соответственно, где производят разделение на жидкость и пар, первую и вторую ректификационные колонны 7 и 11, соответственно, в верхней части второй ректификационной колонны 11 расположен конденсатор 17, а в нижней части данной колонны расположен испаритель 18, систему хранения сжиженного метана 13, первый, второй, третий, четвертый, пятый дроссели 4, 6, 8, 10, 12, соответственно, циркуляционный компрессор природного газа 9. Внешний замкнутый азотный циркуляционный контур установки включает в себя циркуляционный азотный компрессор 14, турбодетандер-компрессорный агрегат 15 и шестой дроссель 16.The installation includes a first heat exchange apparatus 1, a second heat exchange apparatus 2, first and second separators 3 and 5, respectively, where separation into liquid and vapor is performed, first and second rectification columns 7 and 11, respectively, in the upper part of the second rectification column 11 a condenser 17 is located, and in the lower part of this column an evaporator 18 is located, a liquefied methane storage system 13, first, second, third, fourth, fifth throttles 4, 6, 8, 10, 12, respectively, a natural gas circulation compressor 9. The external closed nitrogen circulation circuit of the installation includes a circulation nitrogen compressor 14, a turboexpander-compressor unit 15 and a sixth throttle 16.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Очищенный от углекислого газа и осушенный от паров воды природный газ высокого давления подается в первый теплообменный аппарат 1, в котором поток природного газа охлаждается за счет теплообмена с жидкостью из второго сепаратора 5 - тяжелыми углеводородами. Затем природный газ направляется во второй теплообменный аппарат 2, в котором он охлаждается с образованием парожидкостной смеси. Образовавшаяся парожидкостная смесь выводится из второго теплообменного аппарата 2 и направляется в первый сепаратор 3. В первом сепараторе 3 данная смесь разделяется на пар и жидкость. Жидкость из первого сепаратора 3 дросселируется в первом дросселе 4 и направляется во второй сепаратор 5. Затем, полученная во втором сепараторе 5 жидкость, представляющая собой тяжелые углеводороды, направляется в первый теплообменный аппарат 1 для рекуперации холода, тяжелые углеводороды после первого теплообменного аппарата 1 направляются на утилизацию. Пар из второго сепаратора 5 дросселируется во втором дросселе 6 и направляется в нижнюю часть первой ректификационной колонны 7. Пар из первого сепаратора 3 возвращается во второй теплообменный аппарат 2 для дальнейшего охлаждения и ожижения, затем образовавшаяся жидкость выводится из второго теплообменного аппарата 2, дросселируется в третьем дросселе 8 и направляется в верхнюю часть первой ректификационной колонны 7.Natural gas of high pressure, purified from carbon dioxide and dried from water vapor, is fed to the first heat exchanger 1, in which the flow of natural gas is cooled by heat exchange with liquid from the second separator 5 - heavy hydrocarbons. Then the natural gas is sent to the second heat exchanger 2, in which it is cooled with the formation of a vapor-liquid mixture. The resulting vapor-liquid mixture is removed from the second heat exchanger 2 and sent to the first separator 3. In the first separator 3, this mixture is separated into vapor and liquid. Liquid from the first separator 3 is throttled in the first throttle 4 and sent to the second separator 5. Then, the liquid obtained in the second separator 5, which is heavy hydrocarbons, is sent to the first heat exchanger 1 for cold recovery, the heavy hydrocarbons after the first heat exchanger 1 are sent for utilization. The steam from the second separator 5 is throttled in the second throttle 6 and sent to the lower part of the first rectification column 7. The steam from the first separator 3 is returned to the second heat exchanger 2 for further cooling and liquefaction, then the resulting liquid is removed from the second heat exchanger 2, throttled in the third throttle 8 and sent to the upper part of the first rectification column 7.

Жидкость из нижней части первой ректификационной колонны 7 направляется в качестве обратного потока во второй теплообменный аппарат 2 для рекуперации холода, после испарения и нагрева полученный газ направляется в циркуляционный компрессор природного газа 9, а затем смешивается с природным газом, поступающим в первый теплообменный аппарат 1.The liquid from the bottom of the first rectification column 7 is sent as a return flow to the second heat exchanger 2 for cold recovery, after evaporation and heating the resulting gas is sent to the natural gas circulation compressor 9, and then mixed with the natural gas entering the first heat exchanger 1.

Обогащенный метаном и азотом пар из верхней части первой ректификационной колонны 7 дросселируется в четвертом дросселе 10 и направляется на дальнейшее разделение во вторую ректификационную колонну 11, в которой разделяется на жидкость и пар. Жидкость, выходящая из нижней части второй ректификационной колонны 11, состоит из метана 99,995% мольн. и направляется после дросселирования в пятом дросселе 12 в систему хранения 13.The methane and nitrogen enriched steam from the upper part of the first rectification column 7 is throttled in the fourth throttle 10 and sent for further separation to the second rectification column 11, in which it is separated into liquid and steam. The liquid leaving the lower part of the second rectification column 11 consists of methane 99.995% mol. and is sent after throttling in the fifth throttle 12 to the storage system 13.

Пар, выходящий из верхней части второй ректификационной колонны 11, обогащен азотом и является отбросным газом, который направляется на утилизацию.The steam leaving the top of the second rectification column 11 is enriched with nitrogen and is a waste gas that is sent for disposal.

Для охлаждения природного газа и получения сжиженного метана в качестве стороннего хладагента используется азот, который циркулирует в замкнутом контуре, организованном на базе циркуляционного азотного компрессора 14. В азотном контуре в качестве основного холодопроизводящего элемента используется турбодетандер-компрессорный агрегат 15. Энергия расширения азота в детандерной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата 15 используется для повышения давления азота в компрессорной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата 15. Азотный циркуляционный контур также необходим для ожижения азота во втором теплообменном аппарате 2 и использования его холода в конденсаторе 17, расположенном в верхней части второй ректификационной колонны 11, а также для охлаждения и ожижения природного газа во втором теплообменном аппарате 2 перед направлением его в первую ректификационную колонну 7.To cool natural gas and obtain liquefied methane, nitrogen is used as an external refrigerant, which circulates in a closed circuit organized on the basis of a circulation nitrogen compressor 14. In the nitrogen circuit, a turboexpander-compressor unit 15 is used as the main refrigeration-producing element. The energy of nitrogen expansion in the expander stage of the turboexpander-compressor unit 15 is used to increase the nitrogen pressure in the compressor stage of the turboexpander-compressor unit 15. The nitrogen circulation circuit is also necessary for liquefying nitrogen in the second heat exchange apparatus 2 and using its cold in the condenser 17, located in the upper part of the second rectification column 11, as well as for cooling and liquefying natural gas in the second heat exchange apparatus 2 before sending it to the first rectification column 7.

В предлагаемом способе поток сжатого в циркуляционном азотном компрессоре 14 азота направляется на дополнительное сжатие в компрессорную ступень турбодетандер-компрессорного агрегата 15, затем азот высокого давления направляется во второй теплообменный аппарат 2 на охлаждение и ожижение. Часть охлаждаемого потока азота выводится из второго теплообменного аппарата 2 и направляется в детандерную ступень турбодетандер-компрессорного агрегата 15 на расширение. Энергия расширения азота в детандерной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата 15 используется для повышения давления азота в компрессорной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата 15.In the proposed method, the flow of nitrogen compressed in the circulation nitrogen compressor 14 is directed for additional compression to the compressor stage of the turboexpander-compressor unit 15, then the high-pressure nitrogen is directed to the second heat exchanger 2 for cooling and liquefaction. Part of the cooled nitrogen flow is removed from the second heat exchanger 2 and directed to the expander stage of the turboexpander-compressor unit 15 for expansion. The energy of nitrogen expansion in the expander stage of the turboexpander-compressor unit 15 is used to increase the nitrogen pressure in the compressor stage of the turboexpander-compressor unit 15.

Вторая часть азота ожижается во втором теплообменном аппарате 2, жидкость выводится из второго теплообменного аппарата 2, дросселируется в шестом дросселе 16 и направляется в качестве хладоносителя в конденсатор 17 второй ректификационной колонны 11, после испарения в конденсаторе 17 азот объединяется с холодным потоком азота низкого давления после детандерной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата 15 и возвращается во второй теплообменный аппарат 2 для теплообмена с потоками природного газа и потоками азота высокого давления, затем выводится из второго теплообменного аппарата 2 и разделяется на две части, меньшая часть направляется в качестве теплоносителя в испаритель 18, расположенный в нижней части второй ректификационной колонны 11, а затем, после охлаждения в испарителе 18, смешивается с большей частью, и смешанный поток азота направляется в циркуляционный азотный компрессор 14.The second portion of the nitrogen is liquefied in the second heat exchanger 2, the liquid is withdrawn from the second heat exchanger 2, throttled in the sixth throttle 16 and sent as a coolant to the condenser 17 of the second rectification column 11, after evaporation in the condenser 17, the nitrogen is combined with the cold low-pressure nitrogen stream after the expander stage of the turboexpander-compressor unit 15 and returned to the second heat exchanger 2 for heat exchange with the natural gas streams and the high-pressure nitrogen streams, then withdrawn from the second heat exchanger 2 and divided into two parts, the smaller portion is sent as a coolant to the evaporator 18 located in the lower part of the second rectification column 11, and then, after cooling in the evaporator 18, mixed with the larger portion, and the mixed nitrogen stream is sent to the circulating nitrogen compressor 14.

В таблице 1 приведен расчетный анализ схемы из прототипа и предлагаемого способа получения сжиженного метана высокой чистоты для двух различных составов природного газа (ПГ): состав 1 и состав 2 при одинаковых исходных данных на входе в установку: давление - 3.5 МПа абсолютных, температура - 308 К, концентрации примесей в природном газе после блока очистки и осушки: углекислого газа - 50 ppm, воды - 1 ppm, расход - 1033 нм3/ч (нм3 - при 0°С и 0.1013 МПа).Table 1 shows the calculation analysis of the prototype scheme and the proposed method for producing high-purity liquefied methane for two different compositions of natural gas (NG): composition 1 and composition 2 with the same initial data at the inlet to the unit: pressure - 3.5 MPa absolute, temperature - 308 K, impurity concentrations in natural gas after the cleaning and drying unit: carbon dioxide - 50 ppm, water - 1 ppm, flow rate - 1033 Nm3 /h ( Nm3 - at 0°C and 0.1013 MPa).

Получение сжиженного метана с чистотой 99,995% мольн. возможно только при использовании схемы с внешним замкнутым азотным циркуляционным контуром.Obtaining liquefied methane with a purity of 99.995% mole is possible only when using a system with an external closed nitrogen circulation circuit.

Claims (1)

Способ получения сжиженного метана высокой чистоты, включающий в себя предварительное охлаждение в первом теплообменном аппарате, охлаждение во втором теплообменном аппарате с образованием двухфазного потока, который выводят из второго теплообменного аппарата и разделяют в первом сепараторе на пар и жидкость, отличающийся тем, что жидкость после первого сепаратора дросселируют в первом дросселе и направляют во второй сепаратор, где производят разделение на жидкость и пар, после чего жидкость направляют в первый теплообменный аппарат для рекуперации холода и далее на утилизацию, а пар из второго сепаратора дросселируют во втором дросселе и направляют в нижнюю часть первой ректификационной колонны, при этом пар из первого сепаратора возвращают во второй теплообменный аппарат для дальнейшего охлаждения и ожижения, полученную жидкость дросселируют в третьем дросселе и направляют в верхнюю часть первой ректификационной колонны, в которой осуществляется разделение с получением жидкости, которую выводят из нижней части первой ректификационной колонны и направляют в качестве обратного потока во второй теплообменный аппарат для рекуперации холода, после испарения и нагрева полученный газ направляют в циркуляционный компрессор природного газа, затем смешивают его с природным газом, поступающим в первый теплообменный аппарат, и пара, обогащенного метаном и азотом, который выводят из верхней части первой ректификационной колонны и направляют после дросселирования в четвертом дросселе на дальнейшее разделение во вторую ректификационную колонну, с получением сжиженного метана высокой чистоты, который выводят из нижней части второй ректификационной колонны и направляют после дросселирования в пятом дросселе в систему хранения, и пара, обогащенного азотом, который выводят из верхней части второй ректификационной колонны и направляют на утилизацию, при этом охлаждение и ожижение природного газа во втором теплообменном аппарате осуществляется посредством внешнего замкнутого азотного циркуляционного контура, в котором происходит сжатие азота в циркуляционном азотном компрессоре, затем направляют его на дополнительное сжатие в компрессорную ступень турбодетандер-компрессорного агрегата, после чего поток азота направляют во второй теплообменный аппарат для охлаждения и ожижения, при этом первую часть охлаждаемого потока азота выводят из второго теплообменного аппарата и направляют в детандерную ступень турбодетандер-компрессорного агрегата на расширение, вторую часть азота охлаждают и ожижают во втором теплообменном аппарате, затем дросселируют в шестом дросселе и в качестве хладоносителя направляют в конденсатор второй ректификационной колонны, после испарения в конденсаторе второй ректификационной колонны объединяют с холодным потоком азота низкого давления после детандерной ступени турбодетандер-компрессорного агрегата и объединенный поток азота направляют во второй теплообменный аппарат для теплообмена с потоками природного газа и потоками азота высокого давления, затем выводят из второго теплообменного аппарата и разделяют на две части, меньшую часть в качестве теплоносителя направляют в испаритель второй ректификационной колонны, затем, после охлаждения в испарителе, смешивают с большей частью азота после второго теплообменного аппарата и смешанный поток азота направляют в циркуляционный азотный компрессор.A method for producing high-purity liquefied methane comprising preliminary cooling in a first heat exchanger, cooling in a second heat exchanger to form a two-phase flow that is withdrawn from the second heat exchanger and separated in a first separator into steam and liquid, characterized in that the liquid after the first separator is throttled in the first throttle and sent to the second separator, where it is separated into liquid and steam, after which the liquid is sent to the first heat exchanger for cold recovery and then for disposal, and the steam from the second separator is throttled in the second throttle and sent to the bottom of the first rectification column, wherein the steam from the first separator is returned to the second heat exchanger for further cooling and liquefaction, the resulting liquid is throttled in the third throttle and sent to the top of the first rectification column, in which separation is carried out to obtain a liquid that is withdrawn from the bottom of the first rectification column and sent as a return flow to a second heat exchanger for cold recovery, after evaporation and heating the resulting gas is sent to a natural gas circulation compressor, then mixed with natural gas entering the first heat exchanger and steam enriched in methane and nitrogen, which is removed from the upper part of the first rectification column and sent after throttling in the fourth throttle for further separation in the second rectification column, to obtain high-purity liquefied methane, which is removed from the lower part of the second rectification column and sent after throttling in the fifth throttle to the storage system, and steam enriched in nitrogen, which is removed from the upper part of the second rectification column and sent for utilization, wherein the cooling and liquefaction of natural gas in the second heat exchanger is carried out by means of an external closed nitrogen circulation circuit, in which nitrogen is compressed in the circulating nitrogen compressor, then sent for additional compression in the compressor stage turbo expander-compressor unit, after which the nitrogen stream is sent to the second heat exchanger for cooling and liquefaction, wherein the first part of the cooled nitrogen stream is removed from the second heat exchanger and sent to the expander stage of the turbo expander-compressor unit for expansion, the second part of the nitrogen is cooled and liquefied in the second heat exchanger, then throttled in the sixth throttle and sent to the condenser of the second rectification column as a coolant, after evaporation in the condenser of the second rectification column it is combined with the cold low-pressure nitrogen stream after the expander stage of the turbo expander-compressor unit and the combined nitrogen stream is sent to the second heat exchanger for heat exchange with natural gas streams and high-pressure nitrogen streams, then removed from the second heat exchanger and divided into two parts, the smaller part is sent to the evaporator of the second rectification column as a coolant, then, after cooling in the evaporator, it is mixed with most of the nitrogen after the second heat exchanger and the mixed nitrogen flow is sent to the circulating nitrogen compressor.
RU2024115195A 2024-06-04 Method of producing liquefied methane of high purity RU2836202C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2836202C1 true RU2836202C1 (en) 2025-03-11

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4157904A (en) * 1976-08-09 1979-06-12 The Ortloff Corporation Hydrocarbon gas processing
RU2488759C2 (en) * 2008-02-20 2013-07-27 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Method and device for cooling and separation of hydrocarbon flow
RU2559413C2 (en) * 2010-05-12 2015-08-10 Линде Акциенгезелльшафт Extraction of nitrogen from natural gas
RU2567487C1 (en) * 2014-10-27 2015-11-10 Андрей Владиславович Курочкин Method of production of liquefied methane with high purity

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4157904A (en) * 1976-08-09 1979-06-12 The Ortloff Corporation Hydrocarbon gas processing
RU2488759C2 (en) * 2008-02-20 2013-07-27 Шелл Интернэшнл Рисерч Маатсхаппий Б.В. Method and device for cooling and separation of hydrocarbon flow
RU2559413C2 (en) * 2010-05-12 2015-08-10 Линде Акциенгезелльшафт Extraction of nitrogen from natural gas
RU2567487C1 (en) * 2014-10-27 2015-11-10 Андрей Владиславович Курочкин Method of production of liquefied methane with high purity

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US3886758A (en) Processes for the production of nitrogen and oxygen
US3205669A (en) Recovery of natural gas liquids, helium concentrate, and pure nitrogen
US3818714A (en) Process for the liquefaction and subcooling of natural gas
US5157926A (en) Process for refrigerating, corresponding refrigerating cycle and their application to the distillation of air
US3083544A (en) Rectification of gases
CN1144999C (en) Process for liquefying a gas stream rich in methane
KR100192874B1 (en) Air separation
US3213631A (en) Separated from a gas mixture on a refrigeration medium
US3401531A (en) Heat exchange of compressed nitrogen and liquid oxygen in ammonia synthesis feed gas production
JP5878310B2 (en) Air separation method and apparatus
KR100198352B1 (en) Air Separation Method and Apparatus for Nitrogen Generation
US20040255616A1 (en) Method for liquefying methane-rich gas
US3932154A (en) Refrigerant apparatus and process using multicomponent refrigerant
JP2005043036A (en) Method and device for removing nitrogen from condensed natural gas
JPH06117753A (en) High-pressure low-temperature distilling method of air
KR910004123B1 (en) Air seperation process with modified single distillation column
JPH06101963A (en) High-pressure low-temperature distilling method of air
RU2764820C1 (en) Lng production with nitrogen removal
US4192662A (en) Process for liquefying and rectifying air
US3319429A (en) Methods for separating mixtures of normally gaseous materials
JPH08178520A (en) Method and equipment for liquefying hydrogen
US4834785A (en) Cryogenic nitrogen generator with nitrogen expander
US3203193A (en) Production of nitrogen
US8191386B2 (en) Distillation method and apparatus
KR102281315B1 (en) Industrial and hydrocarbon gas liquefaction