https://www.asiachmical.com/lng-plant/lng-processing-plant.html
1. Klasifikace procesu zkapalňování zemního plynu
V současné době jsou typy procesů zkapalňování zemního plynu rozděleny především na základě jejich funkcí a metod chlazení.
(1) Podle svých funkcí je lze rozdělit na základní zkapalňovací jednotky a zkapalňovací jednotky se špičkovým zatížením. Malé lng jednotky patří ke špičkovým zkapalňovacím jednotkám.
(2) Podle metody chlazení ji lze rozdělit na: (1) kaskádový proces zkapalňování; 2) proces zkapalňování směsného chladiva, včetně uzavřeného, otevřeného, předchlazení propanu, CII atd.; 3) proces zkapalňování expandérem, včetně expanze zemního plynu, expanze dusíku, expanze dusíku a metanu atd.
Výše uvedené rozdělení však není přísné a obvykle se používá složený proces, který zahrnuje různé kombinace určitých částí různých výše popsaných procesů zkapalňování a každá metoda obsahuje více typů.
2. Typy a složení zařízení na zkapalňování zemního plynu
Typy zkapalňovacích jednotek zemního plynu zahrnují především zkapalňovací jednotky pro základní zatížení, zkapalňovací jednotky pro špičkové holení, plovoucí skladovací a vykládací jednotky LNG a přijímací terminály LNG a jejich definice jsou následující.
(1) Zařízení na zkapalňování základního zatížení: rozumí se velké zkapalňovací zařízení vyráběné pro místní použití nebo vnější dopravu.
(2) Zařízení na zkapalňování ve špičce: označuje zařízení na zkapalňování zemního plynu pro špičkové holení nebo pro doplnění zimních zásob paliva, obvykle zkapalňování a skladování přebytečného zemního plynu při nízkém zatížení a opětovné odpařování pro použití ve špičkových nebo nouzových situacích.
(3) Plovoucí zařízení pro výrobu, skladování a vykládku LNG: Jedná se o nový typ zařízení na zkapalňování zemního plynu v okrajových plynových polích a na pobřežních plynových polích. Je upřednostňován pro své výhody nízkých investic, krátké doby výstavby a snadné demolice.
4) Terminál pro příjem LNG: označuje zařízení, které přijímá LNG přepravovaný dopravci LNG ze zařízení na zkapalňování zemního plynu se základním zatížením, obecně vybaveného systémem rekuperace zkapalňování pro plyn BOG (Boil Off Gas) v horní části nádrže LNG.
Zařízení na zkapalňování zemního plynu se obecně skládá z procesu předúpravy zemního plynu, procesu zkapalňování, skladovacího systému, řídicího systému a systému požární ochrany, mezi nimiž je proces zkapalňování základní součástí zařízení na zkapalňování zemního plynu. Velká zařízení na LNG obecně zahrnují několik sad zařízení na zkapalňování zemního plynu a každá sada zařízení na zkapalňování může mít více výrobních linek. Vzhledem k různým výrobním účelům různých zkapalňovacích jednotek existují přirozeně velké rozdíly v jejich specifickém složení.
3. Metoda chlazení LNG
Takzvané chlazení se týká použití umělých metod k vytvoření technologie nízké teploty (pod okolní teplotou). Metody chlazení zahrnují především následující tři.
(1) K dosažení chlazení použijte endotermický účinek fázových přechodů materiálu (jako je tavení, odpařování, sublimace). Takzvané chlazení par se týká použití odpařování kapaliny k dosažení chlazení. Chlazení par lze rozdělit do tří typů: komprese par (mechanická komprese), vstřikování par a absorpce. V současné době se nejčastěji používá chlazení kompresí par.
(2) Použijte chladicí účinek expanze plynu k dosažení chlazení. Plynové expanzní chlazení v současné době široce používá expanzní chlazení turbíny a také používá chlazení škrticí klapky a chlazení odlučovače tepla.
(3) Použijte termoelektrický účinek polovodičů k dosažení chlazení.
V procesu zkapalňování zemního plynu se k dosažení chlazení široce používá odpařování kapaliny a expanze plynu. Chlazení škrtícího zařízení musí mít dostatečně vysokou tlakovou energii, aby mohlo být použito, a účinnost je nízká. Obecně se používá v situacích, kdy je tlak surového plynu vysoký a potřebné množství zkapalňování je malé.
4. Běžný proces zkapalňování zemního plynu
Různé procesy zkapalňování mají různé metody chlazení. V procesu zkapalňování zemního plynu zahrnuje běžný proces zkapalňování zemního plynu především proces kaskádového zkapalňování, proces zkapalňování směsného chladiva a proces zkapalňování expandérem a jejich metody chlazení jsou následující.
(1) Kaskádový proces zkapalňování
Skládá se z několika překrývajících se chladicích cyklů pracujících při různých teplotách, ve kterých vysokoteplotní, střední a nízkoteplotní části používají vysokoteplotní, střední a nízkoteplotní chladiva. Odpařování chladiva ve vysokoteplotní části se používá ke kondenzaci chladiva v nízkoteplotní části a chladivo v nízkoteplotní části se znovu odpaří na výstup chladicího výkonu a tyto části jsou spojeny několika odpařovacími kondenzátory. Odpařovací kondenzátor je jak výparník vysokoteplotní části, tak kondenzátor nízkoteplotní části. pro zemní plyn
Pro zkapalňování se většinou používá třístupňový kaskádový chladicí cyklus s propanem, ethylenem a metanem jako chladivy.
(2) Proces zkapalňování směsného chladiva
Proces byl vyvinut z kaskádového chladicího procesu v pozdních 1960s. Uhlovodíkové směsi (N2, C1, C2, C3, C4, C5) se většinou používají jako chladiva k nahrazení více čistých složek v kaskádovém chladicím procesu a složení se stanoví podle složení a tlaku vstupního plynu. S využitím vlastností těžkých složek ve vícesložkové směsi kondenzující nejprve a lehkých složek kondenzujících později lze chladicí kapacitu různých teplotních úrovní získat postupnou kondenzací, separací, škrcením a odpařováním a podle toho, zda je směsné chladivo smícháno se surovým zemním plynem, Existují dva typy smíšených chladicích procesů: zavřené a otevřené.
(3) Proces zkapalňování expandérem
Expanzní chladicí cyklus většinou přijímá reverzní-Braytonův cyklus. V tomto cyklu je pracovní kapalina isentropicky stlačena kompresorem, ochlazena chladičem a poté isentropicky adiabaticky expandována v turboexpandéru a provádí externí práci, aby se dosáhlo nízkoteplotního proudění vzduchu k výrobě studené energie. V procesu zkapalňování zemního plynu přijímá expanzní chlazení především následující čtyři formy: přímé expanzní chlazení zemního plynu, expanzní chlazení dusíkem, smíšené expanzní chlazení dusíku a metanu atd.
5. Princip chlazení a charakteristika procesu zkapalňování expandérem
Expandérový cyklus se týká procesu realizace zkapalňování zemního plynu pomocí vysokotlakého chladiva a chlazení Claudova cyklu prostřednictvím adiabatické expanze turboexpanzátoru. Klíčovým vybavením je turboexpandér, který má výhody vysoké isentropní účinnosti a obnovitelných expanzních prací. Proto je tento proces stále více upřednostňován špičkovými zařízeními na LNG s malou kapacitou zkapalňování a obecně se používá pro zařízení s kapacitou zkapalňování 7×104 ~ 70×104m3 / d.
Základní princip chlazení procesu zkapalňování expandérem je: plyn expanduje a ochlazuje se v expandéru při výkonu práce, kterou lze použít k pohonu kompresoru; pokud existuje "přirozený" tlakový rozdíl mezi surovým plynem vstupujícím do zařízení a komerčním plynem opouštějícím zařízení, zkapalňování Proces nebude muset být doplněn energií "z vnějšího světa", ale bude se spoléhat na "přirozené" tlakové rozdíly, aby se dosáhlo chlazení expandérem. Podle různých chladiv jej lze rozdělit na proces zkapalňování expanze dusíku, proces zkapalňování směsi dusíku a metanu a proces přímého expanzního zkapalňování zemního plynu.
(1) Proces přímé expanze zkapalňování zemního plynu
Tento proces se týká procesu přímého využití vysokotlakého zemního plynu z plynového pole a jeho adiabatického rozšíření v expandéru na tlak přepravního potrubí, čímž se realizuje proces zkapalňování zemního plynu. Je vhodný zejména pro situace, kdy je tlak v potrubí vysoký, skutečný provozní tlak je nízký a tlak je třeba snížit uprostřed. Vzhledem k tomu, že zemní plyn vstupující do expandéru nemusí odstraňovat CO2, ale potřebuje pouze odstraňovat CO2 ze zkapalněné části surového plynu, objem předúpravy plynu je výrazně snížen. Když je zařízení v normálním provozu, zemní plyn odpařený ze skladovací nádrže je stlačen zpětným plynovým kompresorem a poté vrácen do systému pro zkapalnění. Tento proces může ušetřit náklady na speciální výrobu, přepravu a skladování chladiva; má výhody jednoduchého procesu, kompaktního vybavení, malé investice, flexibilního nastavení a spolehlivého provozu. Tento proces zkapalňování však nemůže dosáhnout nízké teploty, velkého objemu cirkulujícího plynu a nízké rychlosti zkapalňování jako proces zkapalňování expanze dusíku a pracovní výkon expandéru je výrazně ovlivněn tlakem a složením surového plynu a bezpečnostní požadavky systému jsou poměrně vysoké. vysoko.
(2) Proces zkapalňování expanze dusíku
Jedná se o variantu procesu přímé expanze zkapalňování, cyklus chlazení dusíku je oddělen od okruhu zkapalňování zemního plynu a chladicí cyklus chloru poskytuje chladící kapacitu pro zemní plyn. Jeho výhodou je, že má větší přizpůsobivost výměně složek surového plynu, silnou kapacitu zkapalňování, jednoduché a pohodlné ovládání celého systému; Přetrvávající cirkulace činidla je asi o 40% vyšší.
(3) Proces zkapalňování směsi dusíku a metanu
Jedná se o zlepšení procesu zkapalňování expanze dusíku, který může snížit teplotní rozdíl výměny tepla na studeném konci. Ve srovnání s cyklem smíšeného chladiva má výhody jednoduchého procesu, snadného ovládání, krátké doby uvedení do provozu a úspory 10% až 20% spotřeby energie ve srovnání s čistým expanzním chlazením dusíku.
6. Pracovní princip turboexpandéru
Turboexpandér je vysokorychlostní rotační tepelný stroj. Podle zákona přeměny a zachování energie, když plyn vykonává vnější práci během adiabatické expanze v turboexpandéru, jeho energie bude snížena a současně bude generován určitý pokles entalpie, čímž se sníží teplota samotného plynu a vytvoří se podmínky pro zkapalnění plynu.
Turboexpandér je vlastně reverzní působení odstředivého kompresoru. Odstředivý kompresor je poháněn elektromotorem, aby se zvýšil tlak plynu, který spotřebovává energii. Turboexpandér využívá vysokorychlostní proudění vzduchu generované expanzí vysokotlakého plynu k nárazu na pracovní oběžné kolo turboexpandéru, takže oběžné kolo se otáčí vysokou rychlostí. Vysokorychlostní rotující oběžné kolo může generovat určité množství energie a pak provádět externí práci. Současně klesá jak teplota, tak tlak expandovaného plynu. Jinými slovy, turboexpandér využívá změnu rychlosti média k přeměně energie, která může nejen poskytnout chladicí kapacitu pro zkapalňovací zařízení, ale také práci generovanou expanzí lze použít k pohonu zařízení, jako jsou kompresory nebo generátory, což snižuje jednotku LNG. objemová spotřeba energie.
