[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

RU2297580C1 - Method of liquefying natural gas - Google Patents

Method of liquefying natural gas Download PDF

Info

Publication number
RU2297580C1
RU2297580C1 RU2005127024/06A RU2005127024A RU2297580C1 RU 2297580 C1 RU2297580 C1 RU 2297580C1 RU 2005127024/06 A RU2005127024/06 A RU 2005127024/06A RU 2005127024 A RU2005127024 A RU 2005127024A RU 2297580 C1 RU2297580 C1 RU 2297580C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
natural gas
mixture
gas
cooling
carbon particles
Prior art date
Application number
RU2005127024/06A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2005127024A (en
Inventor
Михаил Васильевич Кнатько (RU)
Михаил Васильевич Кнатько
Павел Павлович Рымкевич (RU)
Павел Павлович Рымкевич
Александр Михайлович Копылов (RU)
Александр Михайлович Копылов
Валерий Леонидович Щербаков (RU)
Валерий Леонидович Щербаков
Original Assignee
Михаил Васильевич Кнатько
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Михаил Васильевич Кнатько filed Critical Михаил Васильевич Кнатько
Priority to RU2005127024/06A priority Critical patent/RU2297580C1/en
Publication of RU2005127024A publication Critical patent/RU2005127024A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2297580C1 publication Critical patent/RU2297580C1/en

Links

Landscapes

  • Separation By Low-Temperature Treatments (AREA)

Abstract

FIELD: liquefying natural gas.
SUBSTANCE: method comprises cooling gas in the heat exchanger by supplying liquid nitrogen. The liquid nitrogen is produced from the air flow by adiabatic expanding and cooling down to a temperature of liquefying of nitrogen. The flow is mixed with the 500-nm carbon particles. The mass of carbon particles is 30-70% of the total mass of the mixture . The mixture is then accelerated up to the velocity exceeding the sound velocity.
EFFECT: enhanced efficiency.
1 dwg

Description

Изобретение относится к области технологии сжижения природного газа.The invention relates to the field of technology for liquefying natural gas.

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, comprising compressing the source gas in the compressor stage of the 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 implementing 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 of M 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.

Этот способ базируется на 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 the fact that due to the addition of an energy-absorbing substance to natural gas with a very large molecular weight that is 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 components of the mixture. 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 данный способ требует весьма высокого давления исходного природного газа (300-500 атм). Поэтому его реализация целесообразна в непосредственной близости от скважин, поскольку такое давление имеет газ, поступающий из скважины. Однако в магистральных газопроводах газ находится под давлением не выше 70 атм и для его снижения описываемым способом необходимо его предварительное сжатие до давления не менее 300 атм. Это связано как с большими затратами энергии, так и с серьезной экологической опасностью в местах нахождения газовых станций.However, this method requires a very high pressure of the source of natural gas (300-500 atm). Therefore, its implementation is advisable in the immediate vicinity of the wells, since such pressure has gas coming from the well. However, in main gas pipelines the gas is at a pressure of no higher than 70 atm and to reduce it by the described method it is necessary to precompress it to a pressure of at least 300 atm. This is due to both large energy costs and serious environmental hazards at gas stations.

Известен способ сжижения природного газа, находящегося под относительно небольшим давлением, включающий его охлаждение в теплообменнике подаваемым туда жидким азотом, который получают из потока воздуха путем его расширения и охлаждения при этом до температуры сжижения азота, RU 2162579.A known method of liquefying natural gas under relatively low pressure, comprising cooling it in a heat exchanger with liquid nitrogen supplied thereto, which is obtained from an air stream by expanding and cooling it to a nitrogen liquefaction temperature, RU 2162579.

Данное техническое решение принято за прототип настоящего изобретения.This technical solution is taken as a prototype of the present invention.

Охлаждение воздуха в способе-прототипе включает последовательно чередующиеся два изотермических и два изохорических процесса.The cooling of the air in the prototype method includes sequentially alternating two isothermal and two isochoric processes.

Рабочее тело при этом не расходуется, а изменяет свой объем при нагревании и охлаждении. Рабочий цикл включает четыре такта: сжатие, нагревание, рабочий ход, охлаждение.The working fluid is not consumed, but changes its volume when heated and cooled. The duty cycle includes four clock cycles: compression, heating, stroke, cooling.

Данный способ весьма непроизводителен, поскольку энергопоглощающей субстанцией является газ, имеющий малую энергоемкость (любой газ). Процесс теплообмена протекает очень медленно. В способе-прототипе при использовании даже довольно крупногабаритного оборудования (2×2×2) м без учета компрессора и теплообменника можно получить из воздуха всего 1-2 кг жидкого азота в час, что в конечном счете обусловливает низкую производительность получения сжиженного природного газа.This method is very unproductive, since the energy-absorbing substance is a gas having a low energy intensity (any gas). The heat exchange process is very slow. In the prototype method, even fairly large-sized equipment (2 × 2 × 2) m is used, without taking into account the compressor and heat exchanger, it is possible to get only 1-2 kg of liquid nitrogen per hour from the air, which ultimately leads to a low productivity for producing liquefied natural gas.

Задачей изобретения является повышение производительности способа сжижения природного газа.The objective of the invention is to increase the productivity of the method of liquefying natural gas.

Согласно изобретению эта задача решается за счет того, что в способе сжижения природного газа путем его охлаждения в теплообменнике подаваемым туда жидким азотом, который при этом получают из потока воздуха путем адиабатического расширения последнего и, соответственно, его охлаждения до температуры сжижения азота, поток воздуха смешивают с частицами углерода размером не более 500 нм, при этом частицы углерода составляют 30-70 мас.% от общей массы смеси воздуха с указанными частицами, после чего смесь разгоняют до скорости, превышающей скорость звука в ней.According to the invention, this problem is solved due to the fact that in the method of liquefying natural gas by cooling it in a heat exchanger with liquid nitrogen supplied therein, which is obtained from the air stream by adiabatic expansion of the latter and, accordingly, cooling it to a nitrogen liquefaction temperature, the air stream is mixed with carbon particles no larger than 500 nm in size, while carbon particles make up 30-70 wt.% of the total mass of the air mixture with these particles, after which the mixture is accelerated to a speed exceeding soon be sound in it.

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."

Если в способе-прототипе энергопоглощающей субстанцией при получении жидкого азота является газ, имеющий малую энергоемкость, то в заявленном способе энергопоглощающей субстанцией являются частицы твердого вещества - углерода, энергоемкость которого в десятки раз больше по сравнению с любым газом. 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 воздуха с этими частицами. Если доля частиц углерода менее 30 мас.%, то энергопоглощение слишком мало, и эффективного охлаждения воздуха и, тем более, конденсации азота не происходит. Если доля частиц углерода превышает 70 мас.%, то в такой смеси недостаточно воздуха, также невелико и количество конденсированного азота. Соответственно, мал выход конечного продукта - сжиженного газа.If in the prototype method the energy-absorbing substance in the production of liquid nitrogen is a gas having a low energy intensity, then in the claimed method, the energy-absorbing substance are particles of a solid substance - carbon, the energy intensity of which is ten times greater than any gas. 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 the mixture of air with these particles. If the proportion of carbon particles is less than 30 wt.%, Then the energy absorption is too small, and effective cooling of the air and, especially, nitrogen condensation does not occur. If the proportion of carbon particles exceeds 70 wt.%, Then there is not enough air in such a mixture, and the amount of condensed nitrogen is also small. 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".

Заявленный способ поясняется чертежом, на котором приведена схема его реализации.The claimed method is illustrated in the drawing, which shows a diagram of its implementation.

Сжатый воздух от компрессора подают в смеситель 1. В этот же смеситель через патрубок 2 вводят частицы углерода, которые перемешиваются с воздухом; частицы углерода имеют размер не более 500 нм и составляют от 30 до 70 мас.% от общей массы смеси. В конкретном примере используют части интеркалированного графита.Compressed air from the compressor is supplied to mixer 1. Carbon particles are introduced into the same mixer through pipe 2, which are mixed with air; carbon particles have a size of not more than 500 nm and comprise from 30 to 70 wt.% of the total weight of the mixture. In a specific example, parts of intercalated graphite are used.

Затем открывают сопло 3 - сверхзвуковое сопло Лаваля и разгоняют смесь до скорости, превышающей скорость звука в этой смеси. На выходе из сопла 3 происходит адиабатическое расширение смеси, давление падает, смесь охлаждается и происходит разделение ее компонентов. При t° - 195,8°С в конденсационной камере 4 конденсируется жидкий азот, который стекает в сборник 5 и затем поступает в радиатор 6 теплообменника 7. Несконденсировавшийся остаток воздуха выходит в атмосферу через патрубок 8 с обратным клапаном. Частицы углерода пролетают через камеру 4 и оседают в сборнике 9, после чего посредством повторного интеркалирования могут быть приведены в исходное состояние для повторного использования.Then open the nozzle 3 - supersonic Laval nozzle and accelerate the mixture to a speed exceeding the speed of sound in this mixture. At the exit of the nozzle 3, adiabatic expansion of the mixture occurs, the pressure drops, the mixture cools and its components separate. At t ° - 195.8 ° C, liquid nitrogen condenses in the condensation chamber 4, which flows into the collector 5 and then enters the radiator 6 of the heat exchanger 7. The non-condensed air residue enters the atmosphere through the pipe 8 with a non-return valve. The carbon particles fly through the chamber 4 and settle in the collector 9, after which, by re-intercalation can be restored to its original state for reuse.

В теплообменник 7 через патрубок 10 подают исходный природный газ, который охлаждается с помощью радиатора 6. Радиатор 6 соединяют с радиатором 11, который предварительно охлаждает воздух, поступающий в смеситель 1. Отработавший азот выходит в атмосферу.A source of natural gas is supplied to the heat exchanger 7 through a pipe 10, which is cooled by a radiator 6. A radiator 6 is connected to a radiator 11, which pre-cools the air entering the mixer 1. The spent nitrogen enters the atmosphere.

В конкретном примере в смеситель подавали сжатый воздух под давлением 300 атм при температуре после предварительного охлаждения - 18°С в количестве 40 кг/сек. В поток поступающего в смеситель воздуха вводили порошок интеркалированного графита в количестве 50 мас.% от общей массы смеси с размером частиц не более 500 нм. В теплообменник 7 подавали с переходной газовой станции природный газ - метан при давлении 70 атм в количестве 8 кг/сек при t° 20°C. Выход сжиженного газа - 62% от массы исходного природного газа. Расход энергии на единицу конечного продукта - 610 кДж/кг.In a specific example, compressed air was supplied to the mixer at a pressure of 300 atm at a temperature after pre-cooling of 18 ° C in an amount of 40 kg / s. Powder of intercalated graphite in the amount of 50 wt.% Of the total mass of the mixture with a particle size of not more than 500 nm was introduced into the flow of air entering the mixer. Natural gas, methane, was supplied to the heat exchanger 7 from a transition gas station at a pressure of 70 atm in the amount of 8 kg / s at t ° 20 ° C. The output of liquefied gas is 62% by weight of the source of natural gas. The energy consumption per unit of the final product is 610 kJ / kg.

Реализующая данный способ установка с габаритами (без учета компрессора и теплообменника) не более 1×0,7×0,7 м обеспечивает производительность до 500 кг сжиженного природного газа в час.A unit implementing this method with dimensions (excluding compressor and heat exchanger) of not more than 1 × 0.7 × 0.7 m provides a capacity of up to 500 kg of liquefied natural gas per hour.

Claims (1)

Способ сжижения природного газа путем его охлаждения в теплообменнике подаваемым туда жидким азотом, который при этом получают из потока воздуха путем адиабатического расширения последнего и соответственно его охлаждения до температуры сжижения азота, отличающийся тем, что поток воздуха смешивают с частицами углерода размером не более 500 нм, при этом частицы углерода составляют 30-70% от общей массы смеси воздуха с указанными частицами, после чего смесь разгоняют до скорости, превышающей скорость звука в ней.A method of liquefying natural gas by cooling it in a heat exchanger with liquid nitrogen supplied therein, which is obtained from an air stream by adiabatic expansion of the latter and, accordingly, cooling to a nitrogen liquefaction temperature, characterized in that the air stream is mixed with carbon particles no larger than 500 nm, while carbon particles make up 30-70% of the total mass of the air mixture with these particles, after which the mixture is accelerated to a speed exceeding the speed of sound in it.
RU2005127024/06A 2005-08-23 2005-08-23 Method of liquefying natural gas RU2297580C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005127024/06A RU2297580C1 (en) 2005-08-23 2005-08-23 Method of liquefying natural gas

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2005127024/06A RU2297580C1 (en) 2005-08-23 2005-08-23 Method of liquefying natural gas

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2005127024A RU2005127024A (en) 2007-02-27
RU2297580C1 true RU2297580C1 (en) 2007-04-20

Family

ID=37990523

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2005127024/06A RU2297580C1 (en) 2005-08-23 2005-08-23 Method of liquefying natural gas

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2297580C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2537480C2 (en) * 2009-02-10 2015-01-10 Линде Акциенгезелльшафт Method of liquidising flow with high content of hydrocarbons

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2537480C2 (en) * 2009-02-10 2015-01-10 Линде Акциенгезелльшафт Method of liquidising flow with high content of hydrocarbons

Also Published As

Publication number Publication date
RU2005127024A (en) 2007-02-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN103582792B (en) Method for natural gas liquefaction
JP6140713B2 (en) Multiple nitrogen expansion process for LNG production
CA2520800C (en) Systems and methods for low-temperature gas separation
Khodorkov et al. The Vortex Tube–a Universal Device for Heating, Cooling, Cleaning, and Drying Gases and Separating Gas Mixtures.
WO1999031447A3 (en) Apparatus and process for the refrigeration, liquefaction and separation of gases with varying levels of purity
Megdouli et al. Thermodynamic analysis of a novel ejector expansion transcritical CO2/N2O cascade refrigeration (NEETCR) system for cooling applications at low temperatures
WO2004065869A1 (en) A refrigeration process and the production of liquefied natural gas
KR19980086658A (en) Cryogenic Liquid Producing System
KR940000841A (en) Liquefaction method
RU2009106092A (en) METHOD FOR LIQUIDING THE FLOW OF HYDROCARBONS AND A DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION
JP2020098092A5 (en)
US20230332833A1 (en) Process for Producing Liquefied Hydrogen
CN107144145B (en) Trapping magnesite melting fume afterheat and CO are recycled using LNG cold energy2System and method
EP3771485B1 (en) Process for obtaining carbon dioxide from furnace combustion fumes
JP6830091B2 (en) Liquefaction of industrial gas and hydrocarbon gas
JP2018511026A5 (en)
CN101509722A (en) Distillation method and apparatus
RU2297580C1 (en) Method of liquefying natural gas
WO2014128959A1 (en) Carbon dioxide liquefaction device
US11460244B2 (en) System and method for producing liquefied natural gas
CN108178166A (en) Synthesize the method and system of ammonia separation
Kumar et al. Thermodynamic analysis of a novel compact power generation and waste heat operated absorption, ejector-jet pump refrigeration cycle
CN102917771A (en) Method and apparatus for producing liquid carbon dioxide
RU2281444C1 (en) Method of liquefying natural gas
RU2212599C1 (en) Natural gas liquefaction method

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150824