CS260541B1 - Zařízeni pro redukci tlaku zemního plynu - Google Patents

Abstract

Zařízení je určeno pro získávání elektrické energie, chladu a separací propan-butanu. Sestává se z expanzní turbiny propojené s generátorem elektrického proudu, dále separátoru propojeného s kondenzátorem par a sběrné nádoby propan- -butanu. Do proudu zemního plynu se před expanzní turbinou nastřikuje v upraveném výměníku metanol v takovém množství, aby i po poklesu teplot expanzí v expanzní turbině hluboko pod bod mrazu nedošlo k zamrznutí vznikajícího kondenzátu. V separátoru se oddělí kondenzát od zemního plynu a kondenzát se rozdělí na vodní fázi obsahující metanol a fázi uhlovodíkovou. Z vodní fáze se získá metanol k opětnému použití destilací, z uhlovodíkové fáze se získá propan-butan.

Description

Vynález se týká zařízení pro redukci tlaku zemního plynu, získáváni elektrické energie, chladu a separaci propan-butanu, sestávajícího z expanzní turbiny, propojené s generátorem elektrického proudu, dále ze separátoru, propojeného β kondenzátorem a sběrací nádoby propan-butanu.

Dosud se redukce tlaku plynu používalo k technologickým a energetickým účelům, prováděla prostým škrcením, přičemž docházelo k maření tlakové energie obsažené v plynu. Vzhledem k nutnosti zabezpečení bezporuchového provozu regulačních stanic bylo nutno plyn předem ohřát na takovou teplotu, aby po expanzi byla zajištěna teplota plynu nad rosným bodem tlakového plynu, aby nedocházelo v průběhu škrcení k vypadávání vody z plynu, k jejímu nemrzání na sedlech ventilů a tím k jejich poškozování a vyřazení regulační stanice z činnosti. Množství dodávané energie na předehřívánl plynu není v těchto případech zanedbatelné a zhoršuje tak významně energetickou bilanci provozu celé soustavy.

Využití tlakové energie plynu je také možné zařazením expanzní turbiny spojené s generátorem elektrického proudu namísto klasických regulátorů tlaku. Toto řešení však nebylo doposud možno použít v širším měřítku, protože plyn se při průchodu expanzní turbinou ochlazuje nejenom vlivem Joulle-Thomsonova efektu, jako při škrcení, ale ochlazuje se i vlivem konáni vnější práce turbin, což je například při expanzním poměru 5 o 90 °C. To znamená, že expanzní turbiny bylo možno doposud použít na suchý plyn u něhož nedojde k vymrzání vlhkosti a tím ke zničení expanzní turbiny na plyn předehřátý u něhož i po expanzi zajistíme nadnulovou teplotu.

Na; přédehřev plynu je však zapotřebí vysokopotenciální tepelná energie a její množství v mnoha případech anuluje výhodnost použití expanzní turbiny.

Uvedené nedostatky odstraňuje podle vynálezu zařízení pro redukci zemního plynu, získáváni elektrické energie, chladu a separaci propan-butanu, sestávajícího z expanzní turbiny, propojené s generátorem elektrického proudu, dále ze separátoru, propojeného s kondenzátorem a sběrací nádoby propan-butanu.

Jeho podstata spočívá v tom, že do vstupního potrubí expanzní turbiny je vložen výměník s nástřikem metanolu, propojený přes čerpadlo s nádrží metanolu a výstupní potrubí expanzní turbiny je spojeno přes separátor s uvolňovací nádobou a dále pak se sběrnou nádrží a kondenzátorem, přičemž uvolňovací nádoba je přes jiné čerpadlo, filtr a předehřívací výměník napojena na destilační kolonu, jejíž hlava je propojena na kondenzátor par a druhou sběrnou nádrž, propojenou přes refluxní čerpadlo zpětně s destilační kolonou a dále přes druhé čerpadlo s nádrží metanolu a pata destilační kolony je propojena s další sběrnou nádrží a přes třetí čerpadlo s předehřívacím výměníkem, zatímco sběrná nádrž je přes čtvrté čerpadlo propojena s další destilační kolonou a přes kondenzátor s nádrží, jejíž parní prostor je propojen s výstupním potrubím z kondenzátoru.

Základní výhoda zařízení podle vynálezu spočívá ve zlepšení ekonomie provozu regulačních stanic zemního plynu, využitím tlakové energie obsažené ve stlačeném plynu k výrobě elektrické energie, separaci propan-butanu a získávání chladu pro další možné využití.

Do proudu zemního plynu se před expanzní turbinou totiž nastřikuje v upraveném výměníku metanol v takovém množství, aby i po poklesu teplot expanzí v expanzní turbině hluboko pod bod mrazu nedošlo k zamrzání vznikajícího kondenzátu. V separátoru se pak oddělí kondenzát od zemního plynu a kondenzát se rozdělí na vodní fázi, obsahující metanol a fázi uhlovodíkovou, to je propan; butan a některé vyšší uhlovodíky. Z vodní fáze se získá metanol, který se pomocí chladu zemního plynu vystupujícího ze separátoru zkapalní v kondenzátoru.

Zařízení podle vynálezu je dále blíže popsáno na příkladu provedení a podle připojeného výkresu, na němž je znázorněna sekvence zapojení jednotlivých aparátů.

Zařízení sestává ze speciálně upraveného výměníku JI pro nástřik metanolu propojeného potrubím s expanzní turbinou 2 spojené hřídeli s generátorem 4^ elektrického proudu. Expanzní turbina 2 je propojena potrubím se separátorem 2 spojeným potrubím s uvolňovací nádobou £, se sběrnou nádrži 19 a s kondenzátorem 20. Uvolňovací nádoba 6 je propojena potrubím s prvním čerpadlem 7, které je napojeno potrubím přes filtr 2 a předehřívací výměník 9 na destilační kolonu 10. Hlava destilační kolony 10 je propojena potrubím přes kondenzátor 11 par s druhou sběrnou nádrží 12, která je propojena potrubím přes refluxní čerpadlo 13 s destilační kolonou 10 a přes druhé čerpadlo 14 s nádrží 22 metanolu, která je spojena potrubím přes třetí čerpad lo 2 s upraveným výměníkem 2· Pata destilační kolony 10 je propojena potrubím přes další sběrnou nádrž 15 a třetí čerpadlo 16 s předehřivacím výměníkem 2Sběrná nádrž 19 je propojená potrubím přes čtvrté čerpadlo 18 s další destilační kolonou 17. Hlava další destilační kolony 17 je propojena potrubím přes kondenzátor 20 s nádrží 21. Parní prostor nádrže 21 je propojen potrubím s výstupním potrubím kondenzátoru 20.

Zařízení podle vynálezu pracuje tak, že do proudu vstupujícího plynu o vyšším tlaku je ve speciálně upraveném výměníku 2 nastřikován metanol čerpadlem 2. Odtud vstupuje plyn do expanzní turbiny 2» spojené s generátorem elektrického proudu. Průchodem expanzní turbinou 2 se sníží tlak na požadovanou hodnotu a v důsledku vykonané práce se sníží i teplota plynu, což způsobí vykondenzováni vody společně s přidaným metanolem a vyššími uhlovodíky obsaženými ve vlastním plynu. Tato směs kapaliny a plynu je vedena do separátoru 8_, kde se oddělí kapalná fáze od fáze plynné a vodní fáze od uhlovodíkové. Vodní fáze je vedena do uvolňovací nádoby 2» kde dojde k uvolnění tlaku a vytěkávání rozpuštěných plynů. Díle je vodní fáze dopravována prvním čerpadlem T. filtr 2 ^a předehřívací výměník 9 do destilační kolony 22., kde se oddestiluje metanol. Páry metanolu jdou do kondenzátoru 11 par a kondenzát je shromaždován ve druhé sběrné nádrži 12. Část metanolu se refluxuje refluxním čerpadlem 13, ostatní metanol je shromažďován v nádrži 22 metanolu. Uhlovodíková fáze je ze separátoru 2 vedena do sběrné nádrže 22.» odkud je pak čtvrtým čerpadlem 18 dopravena do další destilační kolony 17. Uvolněná propanbutanová směs se v kondenzátoru 20 ochladí expandovaným plynem. Kapalný propan-butan se ukladňuje v nádrži 21. Odpař z nádrže 21 je veden zpět do expandovaného plynu.

Příklad

Při nahrazení redukční stanice expanzní turbinou 2 P^i redukci tlaku plynu používaného k pohonu spalovacích turbin, byly zjištěny tyto údaje:

Množství expandovaného plynu redukce tlaku z 5 MPa na 1 MPa obsah vody složení plynu

000 m³n/h teplota plynu na vstupu 10 °C 0,198 g/m³n CH₄ 93,7 %

C₂ 2,7 %

C₃ 0,7 %

C₄ 0,23 %

Na svorkách generátoru 2 elektrického proudu 367,7 KW. Teplota plynu po expanzi činila v kondenzátu činila 87,7 % hm.

množství vykondenzované vody množství metanolu v kondenzátu množství uhlovodíku v kondenzátu množství metanolu odcházejícího s plynem množství metanolu v uhlovodíkovém kondenzátu celkové množství nastřikovaného metanolu ztráty metanolu spotřeba elektr. energie na čerpadle spotřeba elektr. energie na destilaci

-81,4 spojeného s expanzní turbinou, bylo získáno Odpovídající nutná koncentrace metanolu

1,978 kg/h 14,1 kg

4,1

0,04 kg/h

0,096 kg/h 14,236 kg/h

0,841 kg/h 0,5 kW·· kW

C.

získané množství v propan-butanu 224 kg/h

Celkový zisk za jednu hod. provozu 361 kW el. energie

224 kg propan-butanu a chlad odpovídající 10 000 n? plynu o teplotě cca -80 °C, který je dále možno využít různým způsobem například pro zkapalňování plynu, chlazení potravin a podobně.

Claims (1)

1. Zařízení pro redukci tlaku zemního plynu, získávání elektrické energie, chladu a separaci propan-butanu, sestávající z expanzní turbiny propojené s generátorem elektrického proudu, dále ze separátoru, propojené s kondenzátorem a sběrací nádoby propan-butanu, vyznačené tím, že do vstupního potrubí expanzní turbiny (3) je vložen výměník (1) s nástřikem metanolu, propojený přes čerpadlo (2) s nádrží (22) metanolu a výstupní potrubí expanzní turbiny (3) je spojeno přes separátor (5) s uvolňovací nádobou (6) a dále pak se sběrnou nádrží (19) a kondenzátorem (20), přičemž uvolňovací nádoba (6) je přes první čerpadlo (7), filtr (8) a předehřívaci výměník (9) napojena na destilační kolonu (10), jejíž hlava je propojena na kondenzátor par (11) a druhou sběrnou nádrž (12), propojenou přes refluxní čerpadlo (13) zpětně s destilační kolonou (10) a dále přes druhé čerpadlo (14) s nádrží (22) metanolu, pata destilační kolony (10) je propojena s další sběrnou nádrží (15) a pes třetí čerpadlo (16) s předehřívacím výměníkem (9), zatímco sběrná nádrž (19) je přes čtvrté čerpadlo (18) propojena s další destilační kolonou (17) a přes kondenzátor (20) s nádrží (21), jejíž parní prostor je propojen s výstupním potrubím z kondenzátoru (20).