CS260541B1

CS260541B1 - Equipment for reducing natural gas pressure

Info

Publication number: CS260541B1
Application number: CS869872A
Authority: CS
Inventors: Petr Simanek; Jan Ruml; Jiri Simanek
Original assignee: Petr Simanek; Jan Ruml; Jiri Simanek
Priority date: 1986-12-27
Filing date: 1986-12-27
Publication date: 1988-12-15
Also published as: CS987286A1

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.The device is intended for obtaining electrical energy, cold and separation of propane-butane. It consists of an expansion turbine connected to an electric current generator, a separator connected to a steam condenser and a propane-butane collection vessel. In front of the expansion turbine, methanol is injected into the natural gas stream in a modified exchanger in such an amount that even after the expansion temperatures in the expansion turbine drop far below freezing, the resulting condensate does not freeze. In the separator, the condensate is separated from the natural gas and the condensate is divided into an aqueous phase containing methanol and a hydrocarbon phase. Methanol is obtained from the aqueous phase for reuse by distillation, and propane-butane is obtained from the hydrocarbon phase.

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.BACKGROUND OF THE INVENTION The present invention relates to an apparatus for reducing the pressure of natural gas, obtaining electrical energy, cooling and separating propane-butane, consisting of an expansion turbine connected to a power generator, a separator connected by a β capacitor and a propane-butane collecting vessel.

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.So far, gas pressure reduction has been used for technological and energy purposes, carried out by simple throttling, and the pressure energy contained in the gas has been obstructed. Due to the need to ensure trouble-free operation of the control stations, the gas had to be pre-heated to such a temperature that after expansion the gas temperature above the dew point of the pressurized gas was ensured so as to prevent water loss from the gas during throttling. their damage and decommissioning of the control station. The amount of energy supplied for gas preheating is not negligible in these cases and thus significantly worsens the energy balance of the operation of the whole system.

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.The use of gas pressure energy is also possible by incorporating an expansion turbine connected to an electric generator instead of conventional pressure regulators. However, this solution has not yet been used on a larger scale, since the gas is cooled not only by the Joulle-Thomson effect as it throttles, but also by the external work of the turbines, which is, for example, at an expansion ratio of 5 by 90 °. C. This means that so far the expansion turbines could be used on dry gas, which will not freeze the moisture and thus destroy the expansion turbine to the gas preheated, which will ensure a zero temperature even after the expansion.

Na; přédehřev plynu je však zapotřebí vysokopotenciální tepelná energie a její množství v mnoha případech anuluje výhodnost použití expanzní turbiny.On; however, a high-potential thermal energy is needed to preheat the gas, and in many cases its amount nullifies the advantage of using an expansion turbine.

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.According to the invention, the above-mentioned drawbacks are eliminated by a device for reducing natural gas, generating electricity, cooling and separating propane-butane, consisting of an expansion turbine connected to a power generator, a separator connected to a condenser and a propane-butane collecting vessel.

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.It is based on the fact that a methanol-injected heat exchanger is connected to the expansion turbine inlet pipeline, connected via a pump to the methanol tank, and the expansion turbine outlet pipeline is connected via a separator to a release vessel and a collection tank and condenser. via another pump, filter and preheater exchanger connected to a distillation column, the head of which is connected to a vapor condenser and a second recovery tank, connected via a reflux pump back to the distillation column, and through a second pump to a methanol tank; The tank is connected via a fourth pump to another distillation column and via a condenser to a tank whose vapor space is connected to the condenser outlet pipe.

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.The main advantage of the device according to the invention lies in improving the economics of operation of natural gas control stations, by utilizing the pressure energy contained in the compressed gas to generate electricity, separating the propane-butane and obtaining cold for other possible applications.

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.In fact, before the expansion turbine, methanol is injected into the natural gas stream in such a quantity that, even after the expansion temperatures in the expansion turbine have fallen far below freezing point, the condensate formed does not freeze. The condensate is then separated from the natural gas in the separator and the condensate is separated into a water phase containing methanol and a hydrocarbon phase, i.e. propane; butane and some higher hydrocarbons. Methanol is obtained from the aqueous phase, which is liquefied in the condenser by cooling the natural gas exiting the separator.

Zařízení podle vynálezu je dále blíže popsáno na příkladu provedení a podle připojeného výkresu, na němž je znázorněna sekvence zapojení jednotlivých aparátů.The apparatus according to the invention is described in more detail below with reference to an exemplary embodiment and with reference to the accompanying drawing, in which the sequence of the apparatuses is shown.

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.The apparatus consists of a specially adapted exchanger 11 for the injection of methanol interconnected via a duct with an expansion turbine 2 connected by a shaft to a generator 4 '. Expansion turbine 2 is interconnected via a line with a separator 2 connected by a line with a release vessel 8, a collecting tank 19 and a condenser 20. The release vessel 6 is connected via a line to a first pump 7 which is connected via a line 2 and preheater exchanger 9 The head of the distillation column 10 is connected via a condenser 11 to a second collecting tank 12, which is connected via a reflux pump 13 to a distillation column 10 and via a second pump 14 to a methanol tank 22 which is connected via a third pump 10 s. The distillation column 10 is connected by piping through another collecting tank 15 and the third pump 16 with preheating exchanger 2. with tank 21. The vapor space of the tank 21 is connected by a conduit to the condenser outlet conduit 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.The device according to the invention operates by injecting methanol into a higher pressure gas inlet stream in a specially prepared exchanger 2 from which the gas enters the expansion turbine 2 connected to the electric generator. Passing through the expansion turbine 2 will reduce the pressure to the desired value and, as a result of the work, will reduce the gas temperature, causing the water to condense together with the added methanol and the higher hydrocarbons contained in the gas itself. This mixture of liquid and gas is fed to a separator 8 where the liquid phase is separated from the gas phase and the aqueous phase from the hydrocarbon phase. The aqueous phase is led to a release vessel 2 where pressure is released and the dissolved gases are volatilized. The water phase is conveyed through the first pump T. filter 2 ^and preheater exchanger 9 to a distillation column 22 where methanol is distilled off. The methanol vapors go to the vapor condenser 11 and the condensate is collected in the second recovery tank 12. Some of the methanol is refluxed by the reflux pump 13, the other methanol is collected in the methanol tank 22. The hydrocarbon phase is fed from the separator 2 to a collecting tank 22. from where it is conveyed by a fourth pump 18 to a further distillation column 17. The released propane-butane mixture is cooled in the condenser 20 with expanded gas. Liquid propane-butane is stored in tank 21. The evaporator from tank 21 is returned to the expanded gas.

PříkladExample

Při nahrazení redukční stanice expanzní turbinou 2 P^i redukci tlaku plynu používaného k pohonu spalovacích turbin, byly zjištěny tyto údaje:When replacing the reduction station with a 2 P ^ expansion turbine and reducing the pressure of the gas used to propel the combustion turbines, the following data were found:

Množství expandovaného plynu redukce tlaku z 5 MPa na 1 MPa obsah vody složení plynuQuantity of expanded gas pressure reduction from 5 MPa to 1 MPa water content of the gas composition

000 m³n/h teplota plynu na vstupu 10 °C 0,198 g/m³n CH₄ 93,7 %000 m ³ n / h inlet gas temperature 10 ° C 0,198 g / m ³ n CH ₄ 93,7%

C₂ 2,7 %C ₂ 2.7%

C₃ 0,7 %C ₃ 0,7%

C₄ 0,23 %C ₄ 0.23%

Na svorkách generátoru 2 elektrického proudu 367,7 KW. Teplota plynu po expanzi činila v kondenzátu činila 87,7 % hm.367.7 KW power generator 2 terminals. The gas temperature after expansion was 87.7 wt% in the condensate.

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 destilaciamount of condensed water amount of methanol in condensate amount of hydrocarbon in condensate amount of methanol leaving with gas amount of methanol in hydrocarbon condensate total amount of methanol injected loss of methanol consumption electricity consumption energy on pump consumption of electr. energy for distillation

-81,4 spojeného s expanzní turbinou, bylo získáno Odpovídající nutná koncentrace metanolu-81.4 associated with the expansion turbine, the corresponding methanol concentration required was obtained

1,978 kg/h 14,1 kg1.978 kg / h 14.1 kg

4,14.1

0,04 kg/h0.04 kg / h

0,096 kg/h 14,236 kg/h0.096 kg / h 14.236 kg / h

0,841 kg/h 0,5 kW·· kW0.841 kg / h 0.5 kW ·· kW

C.C.

získané množství v propan-butanu 224 kg/hamount obtained in propane-butane 224 kg / h

Celkový zisk za jednu hod. provozu 361 kW el. energieTotal profit per operating hour 361 kW el. energy

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.224 kg propane-butane and a cold equivalent of 10 000 n? gas at a temperature of about -80 ° C, which can further be used in various ways, for example, for liquefying gas, cooling food and the like.

Claims

Apparatus for reducing the pressure of natural gas, generating electricity, cooling and separating propane-butane, consisting of an expansion turbine connected to a power generator, a separator connected to a condenser and a propane-butane collecting vessel, characterized by: In the turbine (3), a methanol injection exchanger (1) is connected, connected via a pump (2) to the methanol tank (22) and the outlet turbine outlet pipe (3) is connected via a separator (5) to a release vessel (6) and with a collecting tank (19) and a condenser (20), wherein the release vessel (6) is connected via a first pump (7), filter (8) and preheating exchanger (9) to a distillation column (10) whose head is connected to the condenser vapor (11) and a second recovery tank (12), connected via a reflux pump (13) back to the distillation column (10) and further via a second pump (14) to the methanol tank (22), foot the distillation column (10) communicates with another collecting tank (15) and through a third preheater exchanger (9) pump (16), while the collecting tank (19) is connected to another distillation column (17) via a fourth pump (18); via a condenser (20) with a tank (21), the vapor space of which is connected to the outlet conduit from the condenser (20).