https://www.asachmical.com/lng-plant/lng-processing-plant.html
1. A földgáz cseppfolyósítási folyamatának osztályozása
Jelenleg a földgáz cseppfolyósítási eljárásainak típusait főként funkciójuk és hűtési módjuk alapján osztják fel.
(1) Funkciójuk szerint alapterhelésű cseppfolyósító egységekre és csúcsborotválkozás cseppfolyósító egységekre oszthatók. A kisméretű LNG egységek a csúcs-borotválkozás cseppfolyósító egységek közé tartoznak.
(2) A hűtési módszer szerint a következőkre osztható: ① kaszkád cseppfolyósítási folyamat; ② vegyes hűtőközeg cseppfolyósítási folyamat, beleértve a zárt, nyitott, propán előhűtést, CII stb.; ③ cseppfolyósítási folyamat expanderrel, beleértve a földgáz expanziót, a nitrogén expanziót, a nitrogén-metán expanziót stb.
A fenti felosztás azonban nem szigorú, és általában olyan összetett eljárást alkalmaznak, amely a fent leírt különféle cseppfolyósítási eljárások egyes részeinek különböző kombinációit tartalmazza, és mindegyik módszer többféle típust tartalmaz.
2. Földgáz cseppfolyósító üzemek típusai és összetétele
A földgáz cseppfolyósító egységek típusai elsősorban az alapterhelésű cseppfolyósító egységek, a csúcs-borotválkozás cseppfolyósító egységek, az úszó LNG-termelő tároló- és kirakóegységek, valamint az LNG-fogadó terminálok, definícióik a következők.
(1) Alapterhelésű cseppfolyósító üzem: helyi felhasználásra vagy külső szállításra előállított nagyméretű cseppfolyósító üzem.
(2) Csúcsborotválkozás cseppfolyósító berendezés: olyan földgáz cseppfolyósító berendezésre vonatkozik, amely a borotválkozás csúcsterhelésére vagy a téli tüzelőanyag-ellátás kiegészítésére szolgál, rendszerint cseppfolyósítja és tárolja a felesleges földgázt alacsony csúcsterhelés alatt, valamint visszagőzölög csúcs- vagy vészhelyzetben történő használatra. helyzetekben.
(3) Úszó LNG előállító, tároló és kirakodó berendezés: Ez egy új típusú földgáz cseppfolyósító berendezés marginális gázmezőkben és tengeri gázmezőkben. Előnyei az alacsony befektetés, a rövid építési idő és a könnyű bontás.
(4) LNG-fogadó terminál: az a berendezés, amely az LNG-szállítók által szállított LNG-t fogadja az alapterhelésű földgáz-cseppfolyósító berendezésből, általában cseppfolyósítás-visszanyerő rendszerrel van felszerelve az LNG-tartály tetején forralható BOG (Boil Off Gas) gázhoz.
A földgáz cseppfolyósító üzem általában földgáz előkezelési folyamatból, cseppfolyósítási folyamatból, tárolórendszerből, vezérlőrendszerből és tűzvédelmi rendszerből áll, amelyek közül a cseppfolyósítási folyamat a földgáz cseppfolyósító üzem központi eleme. A nagyméretű LNG-üzemek általában több földgáz-cseppfolyósító üzemet tartalmaznak, és mindegyik cseppfolyósító üzemnek több gyártósora is lehet. A különböző cseppfolyósító egységek eltérő gyártási céljaiból adódóan természetesen nagy különbségek vannak az egyes cseppfolyósító egységek egyedi összetételében.
3. LNG hűtési módszer
Az úgynevezett hűtés mesterséges módszerek alkalmazását jelenti az alacsony hőmérsékletű (környezeti hőmérséklet alatti) technológia létrehozására. A hűtési módszerek főként a következő három módszert tartalmazzák.
(1) Használja az anyag fázisátalakulásának endoterm hatását (például olvadás, párolgás, szublimáció) a hűtés eléréséhez. Az úgynevezett gőzhűtés a folyadék párologtatásának alkalmazását jelenti a hűtés elérése érdekében. A gőzhűtés három típusra osztható: gőzsűrítés (mechanikus kompresszió), gőzinjektálás és abszorpció. Jelenleg leginkább gőzkompressziós hűtést alkalmaznak.
(2) Használja a gáztágulás hűtő hatását a hűtés eléréséhez. A gáztágulási hűtés jelenleg széles körben alkalmaz turbinás expanziós hűtést, valamint fojtószelepes hűtést és hőleválasztós hűtést is.
(3) Használja a félvezetők termoelektromos hatását a hűtés eléréséhez.
A földgáz cseppfolyósítási folyamatában a folyadék elpárologtatását és a gáz expanzióját széles körben használják a hűtés eléréséhez. A fojtó hűtésnek elég nagy nyomásenergiával kell rendelkeznie ahhoz, hogy felhasználható legyen, és a hatásfok alacsony. Általában olyan helyzetekben használják, amikor a nyersgáz nyomása magas, és a szükséges cseppfolyósítási mennyiség kicsi.
4. Általános földgáz cseppfolyósítási eljárás
A különböző cseppfolyósítási eljárásokhoz különböző hűtési módok tartoznak. A földgáz cseppfolyósítási eljárásában a közönséges földgáz cseppfolyósítási eljárás főként kaszkád cseppfolyósítási eljárást, vegyes hűtőközeg cseppfolyósítási eljárást és expanderes cseppfolyósítási eljárást foglal magában, ezek hűtési módjai a következők.
(1) Lépcsőzetes cseppfolyósítási eljárás
Több, egymást átfedő, különböző hőmérsékleten működő hűtési ciklusból áll, amelyekben a magas, közepes és alacsony hőmérsékletű részek magas, közepes és alacsony hőmérsékletű hűtőközeget használnak. A magas hőmérsékletű részben lévő hűtőközeg elpárologtatása az alacsony hőmérsékletű részben lévő hűtőközeg kondenzálására szolgál, az alacsony hőmérsékletű részben pedig a hűtőközeg ismételt elpárologtatása a hűtőteljesítmény kiadására, és ezeket a részeket több párolgási kondenzátor köti össze. Az evaporatív kondenzátor a magas hőmérsékletű rész elpárologtatója és az alacsony hőmérsékletű rész kondenzátora is. földgázra
A cseppfolyósításhoz többnyire háromlépcsős, kaszkádos hűtési ciklust alkalmaznak propánnal, etilénnel és metánnal hűtőközegként.
(2) Vegyes hűtőközeg cseppfolyósítási eljárás
Az eljárást az 1960-as évek végén a kaszkádos hűtési eljárásból fejlesztették ki. A szénhidrogén keverékeket (N2, C1, C2, C3, C4, C5) leginkább hűtőközegként használják több tiszta komponens helyettesítésére a kaszkádos hűtési folyamatban, az összetételt a betáplált gáz összetétele és nyomása alapján határozzák meg. A többkomponensű keverékben először kondenzálódó nehéz komponensek, majd később a könnyű komponensek jellemzőit kihasználva egymás utáni kondenzálással, elválasztással, fojtolással és párologtatással különböző hőmérsékleti fokozatok hűtőképessége érhető el, és aszerint, hogy a kevert A hűtőközeget a nyers földgázhoz keverik, Kétféle vegyes hűtési eljárás létezik: zárt és nyitott.
(3) Cseppfolyósítási eljárás expanderrel
Az expanziós hűtési ciklus többnyire a fordított-Brayton ciklust alkalmazza. Ebben a ciklusban a munkaközeget a kompresszor izentropikusan összenyomja, a hűtő hűti, majd a turbóexpanderben izentropikusan adiabatikusan expandál, és külső munkát végez, hogy alacsony hőmérsékletű légáramot állítson elő hideg energia előállítására. A földgáz cseppfolyósítása során az expanziós hűtés főként a következő négy formát ölti: földgáz közvetlen expanziós hűtés, nitrogén expanziós hűtés, nitrogén-metán vegyes expanziós hűtés stb.
5. Expanderrel történő cseppfolyósítási eljárás hűtési elve és jellemzői
Az Expander Cycle a földgáz cseppfolyósításának megvalósítási folyamata nagynyomású hűtőközeg alkalmazásával, valamint a Claude-ciklusú hűtés turbóexpander adiabatikus expanziójával. A legfontosabb felszerelés a turbóexpander, amelynek előnyei a magas izentropikus hatásfok és a visszanyerhető tágulási munka. Ezért ezt az eljárást egyre jobban kedvelik a kis cseppfolyósítási kapacitású csúcsborotválkozású LNG-üzemek, és általában 7×104-70×104m3/d cseppfolyósító kapacitású készülékeknél alkalmazzák.
Az expanderrel történő cseppfolyósításos hűtés alapelve: a gáz kitágul és lehűl az expanderben, miközben munkavégzést végez, amivel a kompresszor hajtható; amikor a készülékbe belépő nyersgáz és a készülékből kilépő kereskedelmi gáz között "természetes" nyomáskülönbség van, akkor a cseppfolyósítás A folyamatot nem "külvilágból származó" energiával kell kiegészíteni, hanem a "természetes"-re kell támaszkodni. nyomáskülönbségek az expanderen keresztüli hűtés eléréséhez. A különböző hűtőközegek szerint nitrogén expanziós cseppfolyósítási folyamatra, nitrogén-metán vegyes expanziós cseppfolyósítási eljárásra és földgáz közvetlen expanziós cseppfolyósítási folyamatra osztható.
(1) Földgáz közvetlen expanziós cseppfolyósítási eljárás
Ez a folyamat a gázmezőből származó nagynyomású földgáz közvetlen hasznosítására és az expanderben a szállítóvezeték nyomására történő adiabatikus expandálásának folyamatára vonatkozik, ezáltal megvalósítva a földgáz cseppfolyósítási folyamatát. Különösen alkalmas olyan esetekben, amikor a csővezeték nyomása magas, a tényleges üzemi nyomás alacsony, és a nyomást középen csökkenteni kell. Mivel az expanderbe belépő földgáznak nem kell CO2-t eltávolítania, hanem csak a nyersgáz cseppfolyósított részéből kell eltávolítania a CO2-t, az előkezelő gáz térfogata jelentősen csökken. Amikor a készülék normál üzemben van, a tárolótartályból elpárolgott földgázt a visszatérő gázkompresszor összenyomja, majd visszavezeti a rendszerbe cseppfolyósításra. Ez a folyamat megtakaríthatja a hűtőközeg speciális előállításának, szállításának és tárolásának költségeit; Előnyei az egyszerű folyamat, a kompakt berendezés, a kis befektetés, a rugalmas beállítás és a megbízható működés. Ez a cseppfolyósítási eljárás azonban nem tudja elérni az alacsony hőmérsékletet, a nagy keringő gáztérfogatot és az alacsony cseppfolyósítási sebességet, mint a nitrogéntágulási cseppfolyósítási folyamat, és az expander működési teljesítményét nagyban befolyásolja a nyersanyaggáz nyomása és összetétele, valamint a biztonság. a rendszer követelményei viszonylag magasak. magas.
(2) Nitrogén expanziós cseppfolyósítási folyamat
A közvetlen expanziós cseppfolyósítási eljárás egyik változata, a nitrogén hűtőkört leválasztják a földgáz cseppfolyósító körétől, a klóros hűtési ciklus pedig hidegkapacitást biztosít a földgáz számára. Előnye, hogy jobban alkalmazkodik a nyersgáz komponensek változásához, erős cseppfolyósító képességgel rendelkezik, az egész rendszer egyszerű és kényelmes működtetése; Az elhúzódó szer keringése körülbelül 40 százalékkal magasabb.
(3) Nitrogén-metán vegyes expanziós cseppfolyósítási eljárás
Ez a nitrogén expanziós cseppfolyósítási folyamat továbbfejlesztése, amely csökkentheti a hőcsere hőmérséklet-különbségét a hideg végén. A vegyes hűtőközeg-ciklushoz képest előnye az egyszerű folyamat, a könnyű vezérlés, a rövid indítási idő és az energiafogyasztás 10-20 százalékos megtakarítása a tiszta nitrogén expanziós hűtéshez képest.
6. A turbóexpander működési elve
A turbóexpander egy nagy sebességű forgó termikus gép. Az energiaátalakítás és -megmaradás törvénye szerint, amikor a gáz külső munkát végez az adiabatikus tágulás során a turbóexpanderben, az energiája csökken, és ezzel egyidejűleg bizonyos entalpiaesés keletkezik, ezáltal csökken magának a gáznak a hőmérséklete. valamint a gáz cseppfolyósításához szükséges feltételek megteremtése.
A turbóexpander valójában egy centrifugális kompresszor fordított működése. A centrifugális kompresszort egy villanymotor hajtja, hogy növelje a gáz nyomását, ami energiát fogyaszt. A turbóexpander a nagynyomású gáz expanziója által generált nagy sebességű légáramot használja fel a turbóexpander munkalapátjának ütközésére, így a járókerék nagy sebességgel forog. A nagy sebességű forgó járókerék bizonyos mennyiségű energiát képes generálni, majd külső munkát végezni. Ugyanakkor az expandált gáz hőmérséklete és nyomása is csökken. Más szóval, a turbóexpander a közeg fordulatszám-változását használja fel az energia átalakítására, ami nem csak a cseppfolyósító berendezés hűtési kapacitását tudja biztosítani, hanem az expanzió során keletkező munkát olyan berendezések meghajtására is felhasználhatja, mint a kompresszorok vagy a generátorok, csökkentve ezzel. az LNG egysége. térfogati energiafogyasztás.