Διαδικασία Παραγωγής LNG

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

1. Ταξινόμηση της διαδικασίας υγροποίησης φυσικού αερίου

Επί του παρόντος, οι τύποι διεργασιών υγροποίησης φυσικού αερίου χωρίζονται κυρίως με βάση τις λειτουργίες τους και τις μεθόδους ψύξης.

(1) Ανάλογα με τις λειτουργίες τους, μπορούν να χωριστούν σε μονάδες υγροποίησης βασικού φορτίου και μονάδες υγροποίησης αιχμής. Οι μονάδες LNG μικρής κλίμακας ανήκουν σε μονάδες υγροποίησης αιχμής.

(2) Σύμφωνα με τη μέθοδο ψύξης, μπορεί να χωριστεί σε: ① διαδικασία υγροποίησης καταρράκτη? ② διαδικασία υγροποίησης μικτού ψυκτικού μέσου, συμπεριλαμβανομένης της κλειστής, ανοικτής, προψύξης προπανίου, CII, κ.λπ. ③ διαδικασία υγροποίησης με διαστολέα, συμπεριλαμβανομένης της διαστολής φυσικού αερίου, της διαστολής αζώτου, της διαστολής αζώτου-μεθανίου κ.λπ.

Ωστόσο, η παραπάνω διαίρεση δεν είναι αυστηρή και συνήθως υιοθετείται μια σύνθετη διεργασία που περιλαμβάνει διαφορετικούς συνδυασμούς ορισμένων μερών των διαφόρων διεργασιών υγροποίησης που περιγράφονται παραπάνω και κάθε μέθοδος περιέχει πολλούς τύπους.

2. Τύποι και σύνθεση εγκαταστάσεων υγροποίησης φυσικού αερίου

Οι τύποι μονάδων υγροποίησης φυσικού αερίου περιλαμβάνουν κυρίως μονάδες υγροποίησης βασικού φορτίου, μονάδες υγροποίησης αιχμής, πλωτές μονάδες αποθήκευσης και εκφόρτωσης παραγωγής LNG και τερματικούς σταθμούς λήψης LNG και οι ορισμοί τους είναι οι ακόλουθοι.

(1) Εγκατάσταση υγροποίησης βασικού φορτίου: αναφέρεται στη μονάδα υγροποίησης μεγάλης κλίμακας που παράγεται για τοπική χρήση ή εξωτερική μεταφορά.

(2) Συσκευή υγροποίησης αιχμής: αναφέρεται σε συσκευή υγροποίησης φυσικού αερίου για φορτίο αιχμής ή για συμπλήρωση της χειμερινής παροχής καυσίμου, συνήθως υγροποιώντας και αποθηκεύοντας περίσσεια φυσικού αερίου κατά τη διάρκεια φορτίου χαμηλής αιχμής και εκ νέου εξάτμιση για χρήση σε αιχμή ή έκτακτη ανάγκη καταστάσεις.

(3) Πλωτή συσκευή παραγωγής, αποθήκευσης και εκφόρτωσης LNG: Είναι ένας νέος τύπος συσκευής υγροποίησης φυσικού αερίου σε οριακά κοιτάσματα αερίου και υπεράκτια κοιτάσματα αερίου. Ευνοείται για τα πλεονεκτήματα της χαμηλής επένδυσης, της μικρής περιόδου κατασκευής και της εύκολης κατεδάφισης.

(4) Τερματικό λήψης LNG: αναφέρεται στη συσκευή που λαμβάνει το LNG που μεταφέρεται από μεταφορείς LNG από τη συσκευή υγροποίησης φυσικού αερίου βασικού φορτίου, που είναι γενικά εξοπλισμένη με σύστημα ανάκτησης υγροποίησης για υγροποιημένο αέριο βρασμού στο άνω μέρος της δεξαμενής LNG (Boil Off Gas).

Η μονάδα υγροποίησης φυσικού αερίου αποτελείται γενικά από διαδικασία προεπεξεργασίας φυσικού αερίου, διαδικασία υγροποίησης, σύστημα αποθήκευσης, σύστημα ελέγχου και σύστημα πυροπροστασίας, μεταξύ των οποίων η διαδικασία υγροποίησης είναι το βασικό μέρος της μονάδας υγροποίησης φυσικού αερίου. Οι εγκαταστάσεις μεγάλης κλίμακας LNG περιλαμβάνουν γενικά πολλές σειρές εγκαταστάσεων υγροποίησης φυσικού αερίου και κάθε σύνολο μονάδων υγροποίησης μπορεί να έχει πολλαπλές γραμμές παραγωγής. Λόγω των διαφορετικών σκοπών παραγωγής διαφορετικών μονάδων υγροποίησης, υπάρχουν φυσικά μεγάλες διαφορές στις συγκεκριμένες συνθέσεις τους.

3. Μέθοδος ψύξης LNG

Η λεγόμενη ψύξη αναφέρεται στη χρήση τεχνητών μεθόδων για τη δημιουργία τεχνολογίας χαμηλής θερμοκρασίας (κάτω από τη θερμοκρασία περιβάλλοντος). Οι μέθοδοι ψύξης περιλαμβάνουν κυρίως τις ακόλουθες τρεις.

(1) Χρησιμοποιήστε την ενδόθερμη επίδραση των μεταπτώσεων της υλικής φάσης (όπως τήξη, εξάτμιση, εξάχνωση) για να επιτύχετε την ψύξη. Η λεγόμενη ψύξη ατμού αναφέρεται στη χρήση της εξάτμισης υγρών για την επίτευξη ψύξης. Η ψύξη ατμού μπορεί να χωριστεί σε τρεις τύπους: συμπίεση ατμού (μηχανική συμπίεση), έγχυση ατμού και απορρόφηση. Επί του παρόντος, η ψύξη με συμπίεση ατμού χρησιμοποιείται κυρίως.

(2) Χρησιμοποιήστε το αποτέλεσμα ψύξης της διαστολής αερίου για να επιτύχετε ψύξη. Η ψύξη εκτόνωσης αερίου χρησιμοποιεί επί του παρόντος ευρέως ψύξη εκτόνωσης στροβίλου και χρησιμοποιεί επίσης ψύξη με βαλβίδα πεταλούδας και ψύξη διαχωριστή θερμότητας.

(3) Χρησιμοποιήστε το θερμοηλεκτρικό αποτέλεσμα των ημιαγωγών για να επιτύχετε την ψύξη.

Στη διαδικασία υγροποίησης φυσικού αερίου, η εξάτμιση υγρού και η διαστολή αερίου χρησιμοποιούνται ευρέως για την επίτευξη ψύξης. Η ψύξη με στραγγαλισμό πρέπει να έχει ενέργεια αρκετά υψηλή πίεση για να χρησιμοποιηθεί και η απόδοση είναι χαμηλή. Γενικά χρησιμοποιείται σε καταστάσεις όπου η πίεση του ακατέργαστου αερίου είναι υψηλή και η απαιτούμενη ποσότητα υγροποίησης είναι μικρή.

4. Κοινή διαδικασία υγροποίησης φυσικού αερίου

Διαφορετικές διαδικασίες υγροποίησης έχουν διαφορετικές μεθόδους ψύξης. Στη διαδικασία υγροποίησης φυσικού αερίου, η κοινή διαδικασία υγροποίησης φυσικού αερίου περιλαμβάνει κυρίως τη διαδικασία υγροποίησης καταρράκτη, τη διαδικασία υγροποίησης μικτού ψυκτικού μέσου και τη διαδικασία υγροποίησης με διαστολέα και οι μέθοδοι ψύξης τους είναι οι εξής.

(1) Διαδικασία ρευστοποίησης καταρράκτη

Αποτελείται από πολλούς επικαλυπτόμενους κύκλους ψύξης που λειτουργούν σε διαφορετικές θερμοκρασίες, στους οποίους τα μέρη υψηλής, μεσαίας και χαμηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιούν ψυκτικά υψηλής, μέσης και χαμηλής θερμοκρασίας αντίστοιχα. Η εξάτμιση του ψυκτικού μέσου στο τμήμα υψηλής θερμοκρασίας χρησιμοποιείται για τη συμπύκνωση του ψυκτικού στο τμήμα χαμηλής θερμοκρασίας και το ψυκτικό στο τμήμα χαμηλής θερμοκρασίας εξατμίζεται εκ νέου για την έξοδο της ψυκτικής ικανότητας και αυτά τα μέρη συνδέονται με αρκετούς συμπυκνωτές εξάτμισης. Ο συμπυκνωτής εξάτμισης είναι τόσο ο εξατμιστής του τμήματος υψηλής θερμοκρασίας όσο και ο συμπυκνωτής του τμήματος χαμηλής θερμοκρασίας. για το φυσικό αέριο

Για την υγροποίηση, χρησιμοποιείται ως επί το πλείστον ένας καταρρακτικός κύκλος ψύξης τριών σταδίων με προπάνιο, αιθυλένιο και μεθάνιο ως ψυκτικά μέσα.

(2) Διαδικασία υγροποίησης μικτού ψυκτικού μέσου

Η διαδικασία εξελίχθηκε από τη διαδικασία καταρράκτη ψύξης στα τέλη της δεκαετίας του 1960. Τα μείγματα υδρογονανθράκων (N2, C1, C2, C3, C4, C5) χρησιμοποιούνται ως επί το πλείστον ως ψυκτικά για την αντικατάσταση πολλαπλών καθαρών συστατικών στη διαδικασία ψύξης καταρράκτη και η σύνθεση προσδιορίζεται σύμφωνα με τη σύνθεση και την πίεση του αερίου τροφοδοσίας. Εκμεταλλευόμενοι τα χαρακτηριστικά των βαρέων συστατικών στο μείγμα πολλαπλών συστατικών που συμπυκνώνονται πρώτα και των ελαφρών συστατικών που συμπυκνώνονται αργότερα, η ικανότητα ψύξης των διαφορετικών επιπέδων θερμοκρασίας μπορεί να επιτευχθεί με διαδοχική συμπύκνωση, διαχωρισμό, στραγγαλισμό και εξάτμιση και ανάλογα με το αν το αναμεμειγμένο Το ψυκτικό αναμιγνύεται με το ακατέργαστο φυσικό αέριο, Υπάρχουν δύο τύποι διεργασιών μικτής ψύξης: κλειστή και ανοιχτή.

(3) Διαδικασία υγροποίησης με διαστολέα

Ο κύκλος ψύξης επέκτασης υιοθετεί ως επί το πλείστον τον κύκλο Reverse-Brayton. Σε αυτόν τον κύκλο, το ρευστό εργασίας συμπιέζεται ισοεντροπικά από τον συμπιεστή, ψύχεται από τον ψύκτη και στη συνέχεια διαστέλλεται ισεντροπικά αδιαβατικά στον στροβιλοδιαστολέα και κάνει εξωτερική εργασία για να αποκτήσει ροή αέρα χαμηλής θερμοκρασίας για να παράγει ψυχρή ενέργεια. Στη διαδικασία υγροποίησης φυσικού αερίου, η ψύξη διαστολής υιοθετεί κυρίως τις ακόλουθες τέσσερις μορφές: ψύξη άμεσης διαστολής φυσικού αερίου, ψύξη διαστολής αζώτου, ψύξη μεικτής διαστολής αζώτου-μεθανίου κ.λπ.

5. Αρχή ψύξης και χαρακτηριστικά διαδικασίας υγροποίησης με διαστολέα

Ο κύκλος διαστολής αναφέρεται στη διαδικασία πραγματοποίησης υγροποίησης φυσικού αερίου χρησιμοποιώντας ψυκτικό υψηλής πίεσης και ψύξη κύκλου Claude μέσω αδιαβατικής διαστολής ενός στροβιλοδιαστολέα. Ο βασικός εξοπλισμός είναι ο turboexpander, ο οποίος έχει τα πλεονεκτήματα της υψηλής ισοεντροπικής απόδοσης και της ανακτήσιμης εργασίας επέκτασης. Ως εκ τούτου, αυτή η διαδικασία ευνοείται όλο και περισσότερο από τις μονάδες υψηλής απόδοσης LNG με μικρή ικανότητα υγροποίησης και γενικά χρησιμοποιείται για συσκευές με ικανότητα υγροποίησης 7×104-70×104 m3/ημέρα.

Η βασική αρχή της ψύξης της διαδικασίας υγροποίησης με διαστολέα είναι: το αέριο διαστέλλεται και ψύχεται στον διαστολέα κατά την έξοδο του έργου, το οποίο μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την κίνηση του συμπιεστή. όταν υπάρχει "φυσική" διαφορά πίεσης μεταξύ του ακατέργαστου αερίου που εισέρχεται στη συσκευή και του εμπορικού αερίου που εξέρχεται από τη συσκευή, η υγροποίηση Η διαδικασία δεν θα χρειαστεί να συμπληρωθεί με ενέργεια "από τον έξω κόσμο", αλλά θα βασίζεται σε "φυσικό" διαφορές πίεσης για την επίτευξη ψύξης μέσω του διαστολέα. Ανάλογα με τα διαφορετικά ψυκτικά μέσα, μπορεί να χωριστεί σε διαδικασία υγροποίησης διαστολής αζώτου, διαδικασία υγροποίησης μικτής διαστολής αζώτου-μεθανίου και διαδικασία υγροποίησης άμεσης διαστολής φυσικού αερίου.

(1) Διεργασία υγροποίησης άμεσης διαστολής φυσικού αερίου

Αυτή η διαδικασία αναφέρεται στη διαδικασία άμεσης χρήσης του φυσικού αερίου υψηλής πίεσης από το πεδίο αερίου και αδιαβατικής επέκτασης του στον διαστολέα στην πίεση του αγωγού μεταφοράς, πραγματοποιώντας έτσι τη διαδικασία υγροποίησης φυσικού αερίου. Είναι ιδιαίτερα κατάλληλο για περιπτώσεις όπου η πίεση του αγωγού είναι υψηλή, η πραγματική πίεση λειτουργίας είναι χαμηλή και η πίεση πρέπει να μειωθεί στη μέση. Δεδομένου ότι το φυσικό αέριο που εισέρχεται στον διαστολέα δεν χρειάζεται να αφαιρέσει CO2, αλλά χρειάζεται μόνο να αφαιρέσει το CO2 από το υγροποιημένο μέρος του ακατέργαστου αερίου, ο όγκος του αερίου προεπεξεργασίας μειώνεται σημαντικά. Όταν η συσκευή βρίσκεται σε κανονική λειτουργία, το φυσικό αέριο που εξατμίζεται από τη δεξαμενή αποθήκευσης συμπιέζεται από τον συμπιεστή αερίου επιστροφής και στη συνέχεια επιστρέφει στο σύστημα για υγροποίηση. Αυτή η διαδικασία μπορεί να εξοικονομήσει το κόστος της ειδικής παραγωγής, μεταφοράς και αποθήκευσης ψυκτικού μέσου. έχει τα πλεονεκτήματα της απλής διαδικασίας, του συμπαγούς εξοπλισμού, της μικρής επένδυσης, της ευέλικτης ρύθμισης και της αξιόπιστης λειτουργίας. Ωστόσο, αυτή η διαδικασία υγροποίησης δεν μπορεί να λάβει τη χαμηλή θερμοκρασία, τον μεγάλο όγκο κυκλοφορούντος αερίου και το χαμηλό ρυθμό υγροποίησης όπως η διαδικασία υγροποίησης διαστολής αζώτου και η απόδοση εργασίας του διαστολέα επηρεάζεται σε μεγάλο βαθμό από την πίεση και τη σύνθεση του αερίου πρώτης ύλης και την ασφάλεια οι απαιτήσεις του συστήματος είναι σχετικά υψηλές. υψηλός.

(2) Διαδικασία υγροποίησης διαστολής αζώτου

Είναι μια παραλλαγή της διαδικασίας υγροποίησης άμεσης διαστολής, ο κύκλος ψύξης αζώτου διαχωρίζεται από το κύκλωμα υγροποίησης φυσικού αερίου και ο κύκλος ψύξης χλωρίου παρέχει ψυχρή χωρητικότητα για το φυσικό αέριο. Τα πλεονεκτήματά του είναι ότι έχει μεγαλύτερη προσαρμοστικότητα στην αλλαγή των συστατικών του ακατέργαστου αερίου, ισχυρή ικανότητα υγροποίησης, απλή και βολική λειτουργία ολόκληρου του συστήματος. Η κυκλοφορία του παρατεταμένου παράγοντα είναι περίπου 40 τοις εκατό υψηλότερη.

(3) Διαδικασία ρευστοποίησης μικτής διαστολής αζώτου-μεθανίου

Είναι μια βελτίωση της διαδικασίας υγροποίησης διαστολής αζώτου, η οποία μπορεί να μειώσει τη διαφορά θερμοκρασίας ανταλλαγής θερμότητας στο ψυχρό άκρο. Σε σύγκριση με τον κύκλο μικτού ψυκτικού μέσου, έχει τα πλεονεκτήματα της απλής διεργασίας, του εύκολου ελέγχου, του σύντομου χρόνου εκκίνησης και της εξοικονόμησης 10% έως 20% της κατανάλωσης ενέργειας σε σύγκριση με την ψύξη διαστολής καθαρού αζώτου.

6. Η αρχή λειτουργίας του στροβιλοδιαστολέα

Ο στροβιλοεπεκτατήρας είναι μια υψηλής ταχύτητας περιστρεφόμενη θερμική μηχανή. Σύμφωνα με το νόμο της μετατροπής και διατήρησης ενέργειας, όταν το αέριο κάνει εξωτερική εργασία κατά την αδιαβατική διαστολή στον στροβιλοδιαστολέα, η ενέργειά του θα μειωθεί και θα δημιουργηθεί μια ορισμένη πτώση ενθαλπίας ταυτόχρονα, μειώνοντας έτσι τη θερμοκρασία του ίδιου του αερίου και δημιουργία συνθηκών για την υγροποίηση του αερίου.

Ένας turboexpander είναι στην πραγματικότητα η αντίστροφη δράση ενός φυγοκεντρικού συμπιεστή. Ο φυγόκεντρος συμπιεστής κινείται από έναν ηλεκτρικό κινητήρα για να αυξήσει την πίεση του αερίου, το οποίο καταναλώνει ενέργεια. Ο στροβιλοδιαστολέας χρησιμοποιεί τη ροή αέρα υψηλής ταχύτητας που δημιουργείται από τη διαστολή αερίου υψηλής πίεσης για να χτυπήσει την πτερωτή εργασίας του στροβιλοδιαστολέα, έτσι ώστε η πτερωτή να περιστρέφεται με υψηλή ταχύτητα. Η υψηλής ταχύτητας περιστρεφόμενη πτερωτή μπορεί να παράγει ένα ορισμένο ποσό ισχύος και στη συνέχεια να κάνει εξωτερική εργασία. Ταυτόχρονα, τόσο η θερμοκρασία όσο και η πίεση του διογκωμένου αερίου πέφτουν. Με άλλα λόγια, ο turboexpander χρησιμοποιεί την αλλαγή ταχύτητας του μέσου για να μετατρέψει ενέργεια, η οποία μπορεί όχι μόνο να παρέχει ικανότητα ψύξης για τη συσκευή υγροποίησης, αλλά και το έργο που παράγεται από τη διαστολή μπορεί να χρησιμοποιηθεί για την οδήγηση εξοπλισμού όπως συμπιεστές ή γεννήτριες, μειώνοντας η μονάδα LNG. ογκομετρική κατανάλωση ενέργειας.