LNG proizvodni proces

https://www.asiachmical.com/lng-plant/lng-processing-plant.html

1. Klasifikacija procesa ukapljivanja prirodnog gasa

Trenutno su tipovi procesa ukapljivanja prirodnog gasa uglavnom podeljeni na osnovu njihovih funkcija i metoda hlađenja.

(1) Prema svojim funkcijama, mogu se podijeliti na jedinice za ukapljivanje s osnovnim opterećenjem i jedinice za ukapljivanje s vršnim opterećenjem. Male LNG jedinice spadaju u jedinice za ukapljivanje sa vršnom brigom.

(2) Prema metodi hlađenja, može se podijeliti na: ① kaskadni proces ukapljivanja; ② miješani proces ukapljivanja rashladnog sredstva, uključujući zatvoreno, otvoreno, propan prethodno hlađenje, CII, itd.; ③ proces ukapljivanja s ekspanderom, uključujući ekspanziju prirodnog plina, ekspanziju dušika, ekspanziju dušika i metana, itd.

Međutim, gornja podjela nije stroga i obično se usvaja složeni proces koji uključuje različite kombinacije određenih dijelova različitih procesa ukapljivanja opisanih gore, a svaka metoda sadrži više tipova.

2. Vrste i sastav postrojenja za ukapljivanje prirodnog gasa

Tipovi jedinica za ukapljivanje prirodnog gasa uglavnom uključuju jedinice za ukapljivanje osnovnog opterećenja, jedinice za ukapljivanje sa vršnim opterećenjem, plutajuće jedinice za skladištenje i istovar LNG-a i terminale za prijem LNG-a, a njihove definicije su sledeće.

(1) Postrojenje za ukapljivanje osnovnog opterećenja: odnosi se na veliko postrojenje za ukapljivanje koje se proizvodi za lokalnu upotrebu ili vanjski transport.

(2) Uređaj za ukapljivanje sa vršnim opterećenjem: odnosi se na uređaj za ukapljivanje prirodnog gasa za vršno opterećenje ili za dopunu zimske opskrbe gorivom, obično ukapljivanje i skladištenje viška prirodnog gasa tokom niskog vršnog opterećenja i ponovno isparavanje za upotrebu u vršnim ili hitnim slučajevima situacije.

(3) Plutajući uređaj za proizvodnju, skladištenje i istovar LNG-a: To je nova vrsta uređaja za ukapljivanje prirodnog gasa na marginalnim gasnim poljima i gasnim poljima na moru. Omiljen je zbog svojih prednosti niske investicije, kratkog perioda izgradnje i lakog rušenja.

(4) Terminal za prijem LNG-a: odnosi se na uređaj koji prima LNG koji transportuju transporteri LNG-a iz uređaja za ukapljivanje prirodnog gasa sa osnovnim opterećenjem, generalno opremljen sistemom za rekuperaciju ukapljenog gasa za LNG rezervoar za isparivanje gasa BOG (Boil Off Gas).

Postrojenje za ukapljivanje prirodnog gasa se uglavnom sastoji od procesa predtretmana prirodnog gasa, procesa ukapljivanja, sistema skladištenja, sistema upravljanja i sistema za zaštitu od požara, među kojima je proces ukapljivanja ključni deo postrojenja za ukapljivanje prirodnog gasa. Velika LNG postrojenja općenito uključuju nekoliko setova postrojenja za ukapljivanje prirodnog plina, a svaki set postrojenja za ukapljivanje može imati više proizvodnih linija. Zbog različite namjene proizvodnje različitih jedinica za ukapljivanje, prirodno postoje velike razlike u njihovim specifičnim sastavima.

3. Metoda LNG hlađenja

Takozvano hlađenje se odnosi na korištenje umjetnih metoda za stvaranje tehnologije niske temperature (ispod temperature okoline). Metode hlađenja uglavnom uključuju sljedeće tri.

(1) Koristite endotermni efekat faznih prelaza materijala (kao što su topljenje, isparavanje, sublimacija) da biste postigli hlađenje. Takozvano hlađenje parom odnosi se na korištenje isparavanja tekućine za postizanje hlađenja. Parno hlađenje se može podijeliti u tri vrste: parna kompresija (mehanička kompresija), ubrizgavanje pare i apsorpcija. Trenutno se najčešće koristi parno kompresijsko hlađenje.

(2) Koristite efekat hlađenja ekspanzije gasa da biste postigli hlađenje. Plinsko ekspanzijsko hlađenje trenutno široko koristi ekspanziono hlađenje turbina, a također koristi hlađenje ventila za gas i hlađenje separatora topline.

(3) Koristite termoelektrični efekat poluprovodnika za postizanje hlađenja.

U procesu ukapljivanja prirodnog plina, isparavanje tekućine i ekspanzija plina se široko koriste za postizanje hlađenja. Rashladno hlađenje mora imati dovoljno visoku energiju pritiska da bi se koristilo, a efikasnost je niska. Obično se koristi u situacijama kada je pritisak sirovog gasa visok, a potrebna količina tečnosti je mala.

4. Uobičajeni proces ukapljivanja prirodnog gasa

Različiti procesi ukapljivanja imaju različite metode hlađenja. U procesu ukapljivanja prirodnog plina, uobičajeni proces ukapljivanja prirodnog plina uglavnom uključuje kaskadni proces ukapljivanja, mješoviti proces ukapljivanja rashladnog sredstva i proces ukapljivanja s ekspanderom, a njihove metode hlađenja su sljedeće.

(1) Kaskadni proces ukapljivanja

Sastoji se od nekoliko preklapajućih rashladnih ciklusa koji rade na različitim temperaturama, u kojima dijelovi visoke, srednje i niske temperature koriste rashladne tvari visoke, srednje i niske temperature. Isparavanje rashladnog sredstva u visokotemperaturnom dijelu koristi se za kondenzaciju rashladnog sredstva u dijelu niske temperature, a rashladno sredstvo u dijelu niske temperature se ponovno isparava kako bi se proizveo rashladni kapacitet, a ovi dijelovi su povezani s nekoliko kondenzatora za isparavanje. Isparivački kondenzator je i isparivač visokotemperaturnog dijela i kondenzator dijela niske temperature. za prirodni gas

Za ukapljivanje se najčešće koristi trostepeni kaskadni rashladni ciklus sa propanom, etilenom i metanom kao rashladnim sredstvima.

(2) Mješoviti proces ukapljivanja rashladnog sredstva

Proces je evoluirao iz kaskadnog procesa hlađenja kasnih 1960-ih. Smjese ugljovodonika (N2, C1, C2, C3, C4, C5) se uglavnom koriste kao rashladna sredstva za zamjenu više čistih komponenti u kaskadnom procesu hlađenja, a sastav se određuje prema sastavu i pritisku napojnog plina. Koristeći karakteristike teških komponenti u višekomponentnoj mješavini koja se prvo kondenzira i lakih komponenti koje se kondenzuju kasnije, kapacitet hlađenja različitih nivoa temperature može se postići uzastopnim kondenziranjem, odvajanjem, prigušivanjem i isparavanjem, te u zavisnosti od toga da li se miješaju rashladno sredstvo se miješa sa sirovim prirodnim plinom. Postoje dvije vrste miješanih rashladnih procesa: zatvoreni i otvoreni.

(3) Proces ukapljivanja sa ekspanderom

Ciklus ekspanzijskog hlađenja uglavnom usvaja Reverse-Braytonov ciklus. U ovom ciklusu radni fluid se izentropski komprimira kompresorom, hladi ga hladnjakom, a zatim se izentropski adijabatski širi u turboekspanderu i obavlja vanjski rad kako bi se dobio protok zraka niske temperature za proizvodnju hladne energije. U procesu ukapljivanja prirodnog gasa, ekspanzijska rashladna tehnika uglavnom usvaja sljedeća četiri oblika: hlađenje direktnom ekspanzijom prirodnog plina, rashladno ekspanziono hlađenje dušikom, mješovito ekspanziono hlađenje dušika i metana, itd.

5. Princip hlađenja i karakteristike procesa ukapljivanja ekspanderom

Ciklus ekspandera odnosi se na proces realizacije ukapljivanja prirodnog plina korištenjem rashladnog sredstva pod visokim pritiskom i hlađenja Claudeovog ciklusa kroz adijabatsko širenje turbo-ekspandera. Ključna oprema je turboekspander, koji ima prednosti visoke izentropske efikasnosti i ekspanzijskog rada koji se može povratiti. Stoga se ovaj proces sve više favorizuje kod LNG postrojenja sa malim kapacitetom ukapljivanja, a generalno se koristi za uređaje kapaciteta ukapljivanja od 7×104-70×104m3/d.

Osnovni princip hlađenja procesa ukapljivanja sa ekspanderom je: gas se širi i hladi u ekspanderu pri izvođenju rada, koji se može koristiti za pogon kompresora; kada postoji "prirodna" razlika u tlaku između sirovog plina koji ulazi u uređaj i komercijalnog plina koji izlazi iz uređaja, proces ukapljivanja neće morati biti dopunjen energijom "iz vanjskog svijeta", već će se oslanjati na "prirodni" razlike pritiska za postizanje hlađenja kroz ekspander. Prema različitim rashladnim sredstvima, može se podijeliti na proces ukapljivanja ekspanzijom dušika, mješoviti proces ukapljivanja ekspanzijom dušika i metana i proces direktnog ekspanzijskog ukapljivanja prirodnog plina.

(1) Prirodni plin direktno ekspanzijski proces ukapljivanja

Ovaj proces se odnosi na proces direktnog iskorišćavanja prirodnog gasa visokog pritiska iz gasnog polja i njegovog adijabatskog širenja u ekspanderu do pritiska prenosnog cevovoda, čime se ostvaruje proces ukapljivanja prirodnog gasa. Posebno je pogodan za slučajeve kada je pritisak u cevovodu visok, stvarni radni pritisak nizak, a pritisak treba da se smanji na sredini. Budući da prirodni plin koji ulazi u ekspander ne mora ukloniti CO2, već samo treba ukloniti CO2 iz ukapljenog dijela sirovog plina, volumen plina za predtretman je znatno smanjen. Kada je uređaj u normalnom radu, prirodni plin koji je ispario iz spremnika se komprimira povratnim plinskim kompresorom, a zatim se vraća u sistem na ukapljivanje. Ovaj proces može uštedjeti troškove posebne proizvodnje, transporta i skladištenja rashladnog sredstva; ima prednosti jednostavnog procesa, kompaktne opreme, malih ulaganja, fleksibilnog podešavanja i pouzdanog rada. Međutim, ovaj proces ukapljivanja ne može postići nisku temperaturu, veliki volumen cirkulirajućeg plina i nisku stopu ukapljivanja kao proces ukapljivanja ekspanzijom dušika, a radni učinak ekspandera je u velikoj mjeri pod utjecajem tlaka i sastava sirovog plina i sigurnosti. zahtjevi sistema su relativno visoki. visoko.

(2) Proces ukapljivanja ekspanzije dušika

To je varijanta procesa direktnog ekspanzionog ukapljivanja, ciklus hlađenja azota je odvojen od kruga za ukapljivanje prirodnog gasa, a ciklus hlađenja hlorom obezbeđuje hladni kapacitet za prirodni gas. Njegove prednosti su što ima veću prilagodljivost na promenu komponenti sirovog gasa, jak kapacitet ukapljivanja, jednostavan i praktičan rad celog sistema; Cirkulacija dugotrajnog agensa je oko 40 posto veća.

(3) Azot-metan mješoviti ekspanzioni proces ukapljivanja

To je poboljšanje procesa ukapljivanja ekspanzije dušika, koji može smanjiti temperaturnu razliku izmjene topline na hladnom kraju. U poređenju sa mešovitim ciklusom rashladnog sredstva, ima prednosti jednostavnog procesa, lake kontrole, kratkog vremena pokretanja i uštede od 10 do 20 procenata potrošnje energije u poređenju sa ekspanzionim hlađenjem čistim azotom.

6. Princip rada turboekspandera

Turboekspander je termalna mašina velike brzine koja se rotira. Prema zakonu konverzije i očuvanja energije, kada plin obavlja vanjski rad tijekom adijabatskog širenja u turboekspanderu, njegova energija će se smanjiti, a istovremeno će se stvoriti određeni pad entalpije, čime se smanjuje temperatura samog plina i stvaranje uslova za ukapljivanje gasa.

Turboekspander je zapravo obrnuto djelovanje centrifugalnog kompresora. Centrifugalni kompresor pokreće električni motor kako bi se povećao pritisak plina, koji troši energiju. Turboekspander koristi brzi protok zraka koji nastaje ekspanzijom plina pod visokim pritiskom kako bi udario na radni propeler turboekspandera, tako da se radno kolo rotira velikom brzinom. Rotirajući impeler velike brzine može generirati određenu količinu energije, a zatim obavljati vanjski rad. Istovremeno, i temperatura i pritisak ekspandiranog gasa padaju. Drugim riječima, turboekspander koristi promjenu brzine medija za pretvaranje energije, što ne samo da može osigurati kapacitet hlađenja za uređaj za ukapljivanje, već se rad koji nastaje ekspanzijom može koristiti za pogon opreme kao što su kompresori ili generatori, smanjujući jedinica LNG. volumetrijska potrošnja energije.