Установка по сжижению транспортируемого природного газа на газораспределительной станции

Снижение давления транспортируемого природного газа производится на двух ступенях. На первой – на газораспределительных станциях (ГРС) – давление газа снижается от давления в магистральном газопроводе с 5,5 МПа до 1,2 МПа, на второй – газорегуляторные пункты (ГРП) – от 1,2 до 0,15 МПа [1].

В последние годы увеличение объема производства сжиженных газов из природного газа в значительной мере определяется все возрастающим использованием их в качестве моторных топлив для двигателей внутреннего сгорания.

Сжиженный природный газ (СПГ) – криогенная жидкость, которая содержит в своем составе многокомпонентную смесь углеводородов от метана до бутана включая азот N 2 и гелий Нe с преобладающим содержанием метана – СН₄ (до 90%), а иногда даже некоторое количество пентанов, но присутствие более тяжелых компонентов, а также сероводорода и СО₂ может вызывать серьезные проблемы в процессе сжижения, так как углеводороды С₃ и выше способны затвердевать при температуре минус 160°С. Поэтому обычно перед сжижением газ очищают от водяного пара, СО₂ и сернистых соединений. Первоначальное удаление кислых газов осуществляется с использованием той же технологии, что и при традиционной обработке природного газа. При производстве сжиженного природного газа используются циклы глубокого охлаждения [2].

На выбор холодильного цикла и технологической схемы сжижения природного газа оказывают влияние следующие факторы: состав и давление сжижаемого газа; требуемая производительность установки; требования к составу, температуре и давлению получаемого сжиженного природного газа.

Рассмотрим принципиальную схему установки сжижения транспортируемого природного газа (рис. 1) на ГРС с расходом природного газа 8000 нм3/ч, с расчетным давлением на входе в ГРС, равным 3,3 МПа, и на выходе – 0,28–0,6 МПа. Расчетная производительность установки по СПГ равна 24 т/сут [3].

Рис. 1. Принципиальная схема установки сжижения транспортируемого природного газа на ГРС: БТВ – Блок теплообменников вымораживателей; СО – Системы охлаждения компримированного газа; БО – Блок ожижения; ТДКА – 2-ступенчатый турбодетандер-компрессорный агрегат; Ф1–1, Ф1– 2 – Фильтры; С2–1 – Сепаратор.

Принцип работы установки заключается в следующем. Природный газ с расходом 8000 нм3/ч и давлением 3,3 МПа поступает на турбокомпрессоры К1 и К2, работающие на 1 валу с турбодетандерами Д1 и Д2. В 2-ступенчатом турбокомпрессоре давление газа повышается до 4,5 МПа, затем сжатый газ последовательно охлаждается в теплообменниках Т3-2 и Т3-1 и поступает в вымораживатель, состоящий из 3 теплообменников Т11-1, Т11-2 и Т11-3 (или Т12-1, Т12-2 и Т12-3), где за счет использования холода обратного потока газа из теплообменника Т2-1 происходит вымораживание влаги. Очищенный газ после фильтра Ф1-1 разбивается на 2 потока. Один поток (большая часть) направляют в вымораживатель для рекуперации холода, а на выходе из вымораживателя через фильтр подают последовательно на турбодетандеры Д1 и Д2, а после них направляют в обратный поток на выходе из сепаратора С2-1. Второй поток направляют в теплообменник Т2-1, где после охлаждения дросселируют через дроссель ДР в сепаратор С2-1, в котором производят отделение жидкой фазы от его паров. Жидкую фазу (СПГ) направляют в накопитель и потребителю, а паровую фазу подают последовательно в теплообменник Т2-1, вымораживатель Т11 или Т12 и теплообменник Т3-2, а после него в магистраль низкого давления, расположенную после ГРС. Через определенное время работающий вымораживатель Т11 переводят на отогрев и продувку газом низкого давления из магистрали, а на рабочий режим переводят вымораживатель Т12 [4].

На ГРС, с учетом фактического расхода газа и его давления на входе и на выходе из ГРС, можно создать мини-заводы по производству СПГ производительностью от 12 до 120 т СПГ в сутки. Полученный СПГ может храниться в системах хранения на базе криогенных резервуаров.

Необходимость внедрения таких экономичных и экологически чистых технологий по сжижению транспортируемого природного газа заключается в том, что в стране имеется значительное количество ГРС, где редуцируемый газ бесполезно теряет свое давление, а в отдельных случаях в зимний период приходится подводить еще энергию для подогрева газа перед его дросселированием. В то же время, используя практически бесплатную энергию перепада давления газа, можно получить общественно полезный, удобный и экологически безопасный энергоноситель – СПГ, с помощью которого можно газифицировать промышленные, социальные объекты и населенные пункты, а также использовать в качестве моторного топлива.