устройство для получения жидкого азота и газообразного гелия из высокооазотной газовой залежи

Формула изобретения

Устройство для получения жидкого азота и газообразного гелия из высокоазотной газовой залежи, содержащее блок очистки и осушки поступающего газа, теплообменники, компрессор, сепаратор и соединительные трубопроводы с кранами, отличающееся тем, что блок очистки и осушки поступающего газа соединен последовательно посредством трубопроводов с водогазовым, гелиогазовым, азотно-газовым теплообменниками, компрессором, водогазовым теплообменником, турбодетандером, сепаратором и приемной емкостью жидкого азота, сепаратор отдельным трубопроводом соединен с гелиогазовым теплообменником, снабженным краном для эвакуации газообразного гелия, а приемная емкость снабжена краном для отбора из нее жидкого азота и трубопроводом, соединяющим ее с азотно-газовым теплообменником, на котором установлен трубопровод для вывода паров жидкого азота в атмосферу, причем водогазовые теплообменники через краны соединены с водной магистралью и снабжены трубопроводами для слива воды.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области криногенной техники, в частности к переработке газообразного азота в жидкий с извлечением содержащегося в нем газообразного гелия и может быть применено повсеместно, где имеются месторождения высокоазотных газов (РФ, Казахстан, Германия, Польша и др.).

Известна установка для сжижения газа, принятая за прототип, в которой используется холод циркулирующего многокомпонентного хладореагента, включающая компрессор для сжатия природного газа, установку очистки газа от углекислоты, установку осушки сжижаемого газа, после которой параллельно установлены теплообменники для большего и меньшего потоков газа, соединение через общий патрубок с сепаратором для выделения тяжелых углеводородов, отпарную колонку для отпарки азотной фракции, теплообменник-переохладитель и выводные дроссели и вентили. В такой установке газ разделяют на потоки в соотношениях от 1:1,1 до 1:20, охлаждают их до 190-220K азотной фракцией и обратным потоком, а отпарку азотной фракции производят при давлении 2-3 МПа после охлаждения до температуры 160-170K циркулирующим многокомпонентным хладореагентом (1).

Однако такая установка сложна и неэффективна для получения жидкого азота и гелия из природных высокоазотных газов. Кроме того, она требует значительных энергозатрат - до 1300 кВт на тонну жидкого азота, что приводит к высокой себестоимости жидкого азота.

Предлагаемое изобретение направлено на упрощение устройства и повышение эффективности его работы путем максимального снижения энергозатрат и использования энергии пластового давления природной газовой залежи.

Это достигается тем, что в устройстве для получения жидкого азота и газообразного гелия из высокоазотной газовой залежи, содержащем блок очистки и осушки поступающего газа, теплообменники, компрессор, сепаратор и соединительные трубопроводы с кранами; блок очистки и осушки поступающего газа соединен последовательно посредством трубопроводов с водогазовым, гелиогазовым, азотногазовым теплообменниками, компрессором, водогазовым теплообменником, турбодетандером, сепаратором и приемной емкостью жидкого азота; сепаратор отдельным трубопроводом соединен с гелио-газовым теплообменником, снабженным краном для эвакуации газообразного гелия, а приемная емкость снабжена краном для отбора из нее жидкого азота и трубопроводом, соединяющим ее с азотногазовым теплообменником, на котором установлен трубопровод для вывода паров жидкого азота в атмосферу; водогазовые теплообменники через краны соединены с водной магистралью и снабжены трубопроводами для слива воды.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется схемой устройства (стр. 4).

Устройство для получения жидкого азота и газообразного гелия из высокоазотной природной газовой залежи состоит из последовательно соединенных трубопроводами блока 1 очистки и осушки поступающего газа, водогазового теплообменника 2, гелиогазового теплообменника 3, азотногазового теплообменника 4, компрессора 5, водогазового теплообменника 6, турбодетандера 7, сепаратора 8, и приемной емкости 9 жидкого азота. Сепаратор 8 трубопроводом 10 соединен с гелиогазовым теплообменником 3, снабженным краном 11 для эвакуации газообразного гелия, а приемная емкость 9 снабжена краном 12 для отбора из нее жидкого азота. Кроме того, приемная емкость 9 жидкого азота соединена трубопроводом 13 с азотногазовым теплообменником 4, снабженным патрубком 14, для вывода паров жидкого азота в атмосферу. Водогазовые теплообменники 2 и 6 через краны 15 и 16 соединены с водной магистралью 17 и снабжены патрубками 18 и 19, обеспечивающими вывод воды из них в сливную магистраль. Вал трубопровода 7 соосно сопряжен с компрессором 5 электрогенератором 20. Блок 1 очистки и осушки газа через входной кран 21 подключен к скважине 23, вскрывшей природную высокоазотную газовую залежь 23.

Устройство для получения жидкого азота и газообразного гелия работает следующим образом.

Из залежи 23 азотный газ поступает через скважину 22 и кран 21 в блок 1 очистки и осушки газа, затем в теплообменники водогазовый 21, гелиогазовый 3 и азотногазовый 4 для частичного охлаждения азотного газа (до температуры порядка 250K), установленного перед компрессором 5, в котором снижается до давления 220 ата, затем частично охлаждается в водогазовом теплообменнике 6 до заданной температуры (340-350K), сжатый азотный газ с давлением 220 ата и температурой 340K поступает в турбодетандер 7, в котором адиабатно расширяется до давления 1,03 ата и охлаждается до температуры порядка 73K. При этом на валу турбодетандера развивается мощность большая, чем потребляет компрессор 5 и водяной насос, питающий теплообменники 2 и 6. Этот избыток энергии с вала турбодетандера 7 передается на электрогенератор 20, вырабатывающий ток в общую сеть местного потребления. Из турбодетандера 7 захоложенный газ поступает в сепаратор 8, где от него отдаляют и эвакуируют газообразный гелий на потребление через трубопровод 10, гелио-газовый теплообменник 3 в трубопровод с краном 11. Газообразный гелий используют в гелиогазовом теплообменнике 3 для охлаждения азотного газа перед компрессором 5. Отсепарированный жидкий сливают через трубопровод в емкость 9 для временного хранения через кран 12 потребителю. Пары жидкого азота из емкости 9 выходят в атмосферу через трубопровод 13, азотногазовый теплообменник 4 и трубопровод 14. Вода для частичного охлаждения азотного газа в водогазовых теплообменниках 2 и 6 поступает из общей водяной магистрали 17, через краны 15 и 16 выводятся в сливную магистраль через трубопроводы 18 и 19. Постоянство сохранения заданного давления и температуры газового потока перед и после трубопровода 7 поддерживается автоматически воздействием датчиков на открытие крана 21 входного газового потока и дозирующих кранов подачи воды 15 и 16 на линии от общей водяной магистрали 17.