188721. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és kapcsolási elrendezés földgáz nyomásenergiájának hasznosítására
1 188 721 2 A találmány tárgya eljárás és kapcsolási elrendezés földgáz nyomásenergiájának hasznosítására földgázelőkészítés céljára. A földgázelőkészités során a földgázból cseppfolyós fázist és gázfázist különítünk el, hűtés alkalmazásával. A földgázelőkészítés technológiájában egyre nagyobb szerepet kapnak a különböző expanziós gépek (turbodetanderek, csavardetanderek stb.). E gépek alkalmazásának legfőbb előnye a hagyományos eljárásokhoz képest, hogy igen intenzív lehűtés érhető el a segítségükkel, mivel az átáramló földgáz belső energiájának egy részét mechanikai munkává alakítják át. [Nagy Zoltán: „Expanziós munkagépek kőolaj- és földgázipari alkalmazásai”, Kőolaj és Földgáz, 1977, 3. szám.j Az expanziós gépekkel történő földgázelőkészítés azonban több problémát is felvet. Az egyik ilyen kérdés a gázból kinyert mechanikai munka felhasználása. Ezt a munkát az esetek igen nagy részében súrlódási hővé alakítják át, például víztartályban forgó különleges lapátkerék segítségével [lásd S. Sweeringen és I. Holm: „Turboexpanders for Energy Conservation”, Mech. Eng., 100, 9. szám]. Nagy teljesítmények esetén indokolt a gázáramból kinyert munkával elektromos energiát termelni. Ezt azonban az elektromos hálózat kialakításánál figyelembe kell venni és ennek megfelelő beruházásokat kell eszközölni (műszerezés, szinkronizáló berendezés, megszakítók stb.). Nehézséget okoz az expanziós turbinák magas fordulatszáma is, amely lehetetlenné teszi az áramfejlesztő generátorok közvetlen meghajtását. Az expanziós gépekkel történő földgázelőkészítés másik problémája az, hogy a gépből kilépő gáz és kondenzátum igen alacsony hőmérsékletű, ami részben elfagyásokat, részben anyagszerkezeti problémákat okozhat. Az ismert eljárásoknál tehát ahhoz, hogy megfelelő gazdaságosságot érjenek el, jelentős beruházásokat kell elvégezni. A találmány célja olyan gazdaságos eljárás és kapcsolási elrendezés biztosítása földgáz nyomásenergiájának hasznosítására, amely költséges pótlólagos beruházásokat nem igényel. Azt találtuk, hogy a fenti célt elérjük, ha a földgáz expanziójánál kinyert mechanikai munkát kompresszor meghajtására használjuk fel, s a kompresszor segítségével vagy az expanzióval lehűtött gázt komprimáljuk, vagy különálló hűtőkört működtetünk. A találmány szerint úgy járunk el, hogy a nyers földgázt egy vagy több szakaszban előhütjük, expandáltatok, a gázfázist elválasztjuk a folyadékfázislól, és a hideg gázfázist felhasználjuk a nyers földgáz előhűtésére, majd az expanziónál felszabadult mechanikai energia felhasználásával a gázfázist komprimáljuk és a komprimált gázzal a hideg folyadékfázist felmelegítjük, vagy az expanziónál felszabadult mechanikai energiával szekunder kört működtetünk és ezzel a körrel melegítjük fel a hideg folyadékfázist, végül a hideg folyadékfázis felmelegítésénél képződött gázfázist elkülönítjük. A nyers földgáz előhütését több szakaszban is 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 végezhetjük. Ekkor általában hatékonyabb előhűtést kapunk, s az ennek következtében képződött folyadékfázistól a gázfázist elválasztjuk, majd a gázfázist expandáltatjuk, az adott esetben elválasztott folyadékfázist pedig egyesítjük az expanzió után elkülönített folyadékfázissal. Az expanzióval nyert és elválasztott hideg folyadékfázist szintén felhasználhatjuk a nyers földgáz előhűtésére. Ebben az esetben általában legalább két szakaszban végezzük az elöhűtést. A találmány szerinti eljárás előkészített gázt, stabil kondenzátumot (gazolint) és olyan gázfrakciót biztosít, amely közvetlenül felhasználható vagy fáklyán keresztül elégethető. A találmány alapját az a felismerés képezi, hogy az expanzióval kinyert mechanikai munkát egyszerűen hőenergiává (hideg vagy meleg energiává) alakíthatjuk, s ezzel részben a gázelőkészítés hatékonyságát fokozhatjuk, részben pedig a kilépő gázkondenzátumot (folyadékfázist) melegíthetjük fel (stabilizálhatjuk). Egyes esetekben nem indokolt az expanziós nyomáslépcső növelése, azonban a gázelőkészítésnél mégis alacsony harmatpontot kell tartani. Ilyenkor az expanzióval kinyert munkát egy szekunder körben elhelyezett hőszivattyú meghajtására használhatjuk fel, és a szekunder körrel fokozzuk a nyers földgáz hűtésének hatásosságát. A szekunder körrel kinyert hőenergiát külső fogyasztó fűtésére is felhasználhatjuk. A találmány szerinti eljárás kivitelezésére szolgáló, ugyancsak találmány szerinti kapcsolási elrendezés értelmében a belépő nyers földgáz hőcserélője egyrészt expanziós gépen keresztül szeparátorhoz csatlakozik, másrészt kompresszoron keresztül a folyadékfázis hőcserélőjével van összeköttetésben, s ez utóbbihoz szeparátor van kapcsolva. A találmány szerinti kapcsolási elrendezést közelebbről az 1-3. ábra kapcsán mutatjuk be. Az 1. ábra az egylépcsős kondenzátumleválasztásos eljárás kapcsolási rajza. A 2. ábra a kétlépcsős kondenzátumleválasztásos eljárás kapcsolási rajza. A 3. ábra a szekunder kört alkalmazó eljárás kapcsolási rajza. Az 1. ábrán látható kapcsolási elrendezés szerint az 1 hőcserélő egyrészt a 3 expanziós gépen keresztül a 2 szeparátorhoz csatlakozik, másrészt a 4 kompresszoron keresztül az 5 hőcserélővel van öszszeköttetésben. Ez utóbbihoz a 7 szeparátor van kapcsolva. A nyers földgázt az 1 hőcserélőbe vezetjük be, ahonnan az előhűtött nyers földgáz a 3 expanziós gépbe kerül. Az expanzió során a gáz nyomása jelentősen csökken, lehűl, s részben kondenzálódik. A gázfázistól a folyadékfázist a 2 szeparátorban választjuk el, s az így elválasztott hideg gázt felhasználjuk az 1 hőcserélőben a belépő nyers földgáz előhűtésére, majd a 4 kompresszorhoz vezetjük. A 4 kompresszor működtetésére a 3 expanziós géppel kinyert mechanikai munkát használjuk fel. A komprimált, felmelegedett gázzal az 5 hőcserélőben felmelegítjük a 2 szeparátorban elválasztott 2
