Procés de producció de GNL

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

1. Classificació del procés de liqüefacció del gas natural

En l'actualitat, els tipus de processos de liqüefacció de gas natural es divideixen principalment en funció de les seves funcions i mètodes de refrigeració.

(1) Segons les seves funcions, es poden dividir en unitats bàsiques de liqüefacció de càrrega i unitats de liqüefacció de pics d'afaitat. Les unitats de GNL a petita escala pertanyen a unitats de liqüefacció de pic afaitat.

(2) Segons el mètode de refrigeració, es pot dividir en: (1) procés de liqüefacció en cascada; (2) procés de liqüefacció de refrigerant mixt, incloent tancat, obert, pre refrigeració de propà, IIC, etc .; (3) procés de liqüefacció amb expansor, incloent expansió de gas natural, expansió de nitrogen, expansió nitrogen-metà, etc.

No obstant això, la divisió anterior no és estricta, i se sol adoptar un procés compost que inclou diferents combinacions de certes parts dels diversos processos de liqüefacció descrits anteriorment, i cada mètode conté múltiples tipus.

2. Tipus i composició de les plantes de liqüefacció de gas natural

Els tipus d'unitats de liqüefacció de gas natural inclouen principalment unitats de liqüefacció de càrrega base, unitats de liqüefacció de pic afaitat, unitats flotants d'emmagatzematge i descàrrega de producció de GNL i terminals receptors de GNL, i les seves definicions són les següents.

(1) Planta bàsica de liqüefacció de càrrega: es refereix a la planta de liquació a gran escala produïda per a ús local o transport extern.

(2) Dispositiu de liqüefacció de pic afaitat: es refereix a un dispositiu de liqüefacció de gas natural per a la càrrega de pic d'afaitat o per complementar el subministrament de combustible hivernal, normalment liquant i emmagatzemant l'excés de gas natural durant la càrrega de pic baix i tornant a vaporitzar-lo per utilitzar-lo en situacions punta o d'emergència.

(3) Dispositiu flotant de producció, emmagatzematge i descàrrega de GNL: És un nou tipus de dispositiu de liqüefacció de gas natural en camps marginals de gas i camps de gas offshore. Es veu afavorit pels seus avantatges de baixa inversió, curt termini de construcció i fàcil demolició.

(4) Terminal receptor de GNL: es refereix al dispositiu que rep el GNL transportat pels transportistes de GNL des del dispositiu de liqüefacció de gas natural de càrrega bàsica, generalment equipat amb un sistema de recuperació de liqüefacció per al dipòsit de GNL de gas d'ebullició superior BOG (Boil Off Gas).

La planta de liqüefacció de gas natural es compon generalment de procés de pretractament de gas natural, procés de liqüefacció, sistema d'emmagatzematge, sistema de control i sistema de protecció contra incendis, entre els quals el procés de liqüefacció és la part central de la planta de liqüefacció de gas natural. Les plantes de GNL a gran escala generalment inclouen diversos conjunts de plantes de liqüefacció de gas natural, i cada conjunt de plantes de liqüefacció pot tenir múltiples línies de producció. A causa dels diferents propòsits de producció de diferents unitats de liqüefacció, hi ha diferències naturalment grans en les seves composicions específiques.

3. Mètode de refrigeració de GNL

L'anomenada refrigeració es refereix a l'ús de mètodes artificials per crear tecnologia de baixa temperatura (per sota de la temperatura ambient). Els mètodes de refrigeració inclouen principalment els tres següents.

(1) Utilitzeu l'efecte endotèrmic de les transicions de fase dels materials (com ara fusió, evaporació, sublimació) per aconseguir refrigeració. L'anomenada refrigeració per vapor es refereix a l'ús de l'evaporació de líquids per aconseguir la refrigeració. La refrigeració de vapor es pot dividir en tres tipus: compressió de vapor (compressió mecànica), injecció i absorció de vapor. Actualment, s'utilitza principalment la refrigeració per compressió de vapor.

(2) Utilitzeu l'efecte de refrigeració de l'expansió de gasos per aconseguir refrigeració. La refrigeració per expansió de gas utilitza actualment àmpliament refrigeració per expansió de turbina, i també utilitza refrigeració per vàlvules d'accelerador i refrigeració separador de calor.

(3) Utilitzeu l'efecte termoelèctric dels semiconductors per aconseguir refrigeració.

En el procés de liqüefacció del gas natural, l'evaporació de líquids i l'expansió de gasos s'utilitzen àmpliament per aconseguir la refrigeració. La refrigeració accelerada ha de tenir energia a pressió suficient per ser utilitzada i l'eficiència és baixa. Generalment s'utilitza en situacions en què la pressió del gas cru és alta i la quantitat de liqüefacció necessària és petita.

4. Procés comú de liqüefacció de gas natural

Els diferents processos de liqüefacció tenen diferents mètodes de refrigeració. En el procés de liqüefacció de gas natural, el procés comú de liqüefacció de gas natural inclou principalment el procés de liqüefacció en cascada, el procés de liqüefacció de refrigerants mixtos i el procés de liqüefacció amb expansor, i els seus mètodes de refrigeració són els següents.

(1) Procés de liqüefacció en cascada

Consta de diversos cicles de refrigeració superposats que funcionen a diferents temperatures, en què les peces d'alta, mitjana i baixa temperatura utilitzen refrigerants d'alta, mitjana i baixa temperatura respectivament. L'evaporació del refrigerant a la part d'alta temperatura s'utilitza per condensar el refrigerant a la part de baixa temperatura i el refrigerant de la part de baixa temperatura es torna a evaporar per produir la capacitat de refrigeració i aquestes parts estan connectades per diversos condensadors evaporatius. El condensador evaporatiu és tant l'evaporador de la part d'alta temperatura com el condensador de la part de baixa temperatura.

Per a la liqüefacció, s'utilitza principalment un cicle de refrigeració en cascada de tres etapes amb propà, etilè i metà com a refrigerants.

(2) Procés de liqüefacció de refrigerants mixtos

El procés es va desenvolupar a partir del procés de refrigeració en cascada a finals de la dècada de 1960. Les mescles d'hidrocarburs (N2, C1, C2, C3, C4, C5) s'utilitzen principalment com a refrigerants per substituir múltiples components purs en el procés de refrigeració en cascada i la composició es determina segons la composició i la pressió del gas d'alimentació. Aprofitant les característiques dels components pesats de la barreja multicomponent que condensen primer i dels components lleugers que condensen després, la capacitat de refrigeració dels diferents nivells de temperatura es pot obtenir condensant seqüencialment, separant, accelerant i evaporant, i segons si el refrigerant barrejat es barreja amb el gas natural cru, hi ha dos tipus de processos de refrigeració barrejats: tancat i obert.

(3) Procés de liqüefacció amb expansor

El cicle de refrigeració per expansió adopta principalment el cicle Reverse-Brayton. En aquest cicle, el fluid de treball és comprimit isentròpicament pel compressor, refredat pel refrigerador, i després s'expandeix isentròpicament adiabàticament al turboexpedre i fa treballs externs per obtenir flux d'aire de baixa temperatura per produir energia freda. En el procés de liqüefacció del gas natural, la refrigeració per expansió adopta principalment les quatre formes següents: refrigeració per expansió directa de gas natural, refrigeració per expansió de nitrogen, refrigeració per expansió mixta nitrogen-metà, etc.

5. Principi de refrigeració i característiques del procés de liqüefacció amb expansor

Expander Cycle es refereix al procés de realització de liqüefacció de gas natural mitjançant l'ús de refrigerant d'alta pressió i refrigeració del cicle Claude mitjançant l'expansió adiabàtica d'un turboexpansor. L'equip clau és el turboexpander, que té els avantatges d'una alta eficiència isentròpica i treballs d'expansió recuperables. Per tant, aquest procés es veu cada vegada més afavorit per les plantes de GNL de pic afaitat amb petita capacitat de liqüefacció, i s'utilitza generalment per a dispositius amb capacitat de liqüefacció de 7×104 ~ 70×104m3 / d.

El principi bàsic de la refrigeració del procés de liqüefacció amb un expansor és: el gas s'expandeix i es refreda a l'expansor mentre es produeix el treball de sortida, que es pot utilitzar per accionar el compressor; quan hi ha una diferència de pressió "natural" entre el gas cru que entra al dispositiu i el gas comercial que surt del dispositiu, la liqüefacció El procés no caldrà complementar-se amb energia "del món exterior", sinó que es basarà en diferencials de pressió "naturals" per aconseguir refredament a través de l'expansor. Segons diferents refrigerants, es pot dividir en procés de liqüefacció d'expansió de nitrogen, procés de liqüefacció d'expansió mixta nitrogen-metà i procés de liqüefacció d'expansió directa de gas natural.

(1) Procés de liqüefacció d'expansió directa de gas natural

Aquest procés fa referència al procés d'utilitzar directament el gas natural d'alta pressió des del camp de gas i expandir-lo adiabàticament a l'expansor a la pressió del gasoducte de transmissió, realitzant així el procés de liqüefacció del gas natural. Està especialment indicat per a ocasions en què la pressió de la canonada és alta, la pressió real de funcionament és baixa i cal reduir la pressió al mig. Com que el gas natural que entra a l'expansor no necessita eliminar el CO2, sinó que només necessita eliminar el CO2 de la part liquada del gas cru, el volum de gas pretractament es redueix molt. Quan el dispositiu està en funcionament normal, el gas natural evaporat del dipòsit d'emmagatzematge és comprimit pel compressor de gas retorn i després retornat al sistema per a la liqüefacció. Aquest procés pot estalviar el cost de producció, transport i emmagatzematge especials de refrigerant; té els avantatges d'un procés senzill, equips compactes, petita inversió, ajust flexible i funcionament fiable. No obstant això, aquest procés de liqüefacció no pot obtenir la baixa temperatura, el gran volum de gas circulant i la baixa taxa de liqüefacció, ja que el procés de liqüefacció d'expansió del nitrogen, i el rendiment de treball de l'expansor es veu molt afectat per la pressió i la composició del gas de la matèria primera, i els requisits de seguretat del sistema són relativament elevats. alt.

(2) Procés de liqüefacció de l'expansió del nitrogen

És una variant del procés de liqüefacció d'expansió directa, el cicle de refrigeració del nitrogen se separa del circuit de liqüefacció del gas natural i el cicle de refrigeració del clor proporciona capacitat de fred per al gas natural. Els seus avantatges són que té una major adaptabilitat al canvi de components de gas cru, forta capacitat de liqüefacció, funcionament senzill i còmode de tot el sistema; La circulació d'agents persistents és aproximadament un 40% superior.

(3) Procés de liqüefacció d'expansió mixta nitrogen-metà

Es tracta d'una millora del procés de liqüefacció de l'expansió del nitrogen, que pot reduir la diferència de temperatura d'intercanvi de calor a l'extrem fred. En comparació amb el cicle de refrigerant mixt, té els avantatges d'un procés senzill, un fàcil control, un temps d'arrencada curt i un estalvi del 10% al 20% del consum d'energia en comparació amb la refrigeració per expansió de nitrogen pur.

6. El principi de funcionament de la turboexpander

Un turboexpedre és una màquina tèrmica giratòria d'alta velocitat. Segons la llei de conversió i conservació d'energia, quan el gas fa treballs externs durant l'expansió adiabàtica del turboexpedient, la seva energia es reduirà i es generarà una certa caiguda d'entalpia al mateix temps, reduint així la temperatura del propi gas i creant condicions per a la liqüefacció del gas.

Un turboexpedre és en realitat l'acció inversa d'un compressor centrífug. El compressor centrífug és impulsat per un motor elèctric per augmentar la pressió del gas, que consumeix energia. El turboexpedient utilitza el flux d'aire d'alta velocitat generat per l'expansió del gas d'alta pressió per impactar en l'impulsor de treball del turboexpedre, de manera que l'impulsor gira a gran velocitat. L'impulsor giratori d'alta velocitat pot generar una certa quantitat d'energia i, a continuació, fer treballs externs. Al mateix temps, tant la temperatura com la pressió del gas expandit baixen. És a dir, el turboexpedre utilitza el canvi de velocitat del medi per convertir l'energia, que no només pot proporcionar capacitat de refrigeració per al dispositiu de liqüefacció, sinó que també el treball generat per l'expansió es pot utilitzar per accionar equips com compressors o generadors, reduint la unitat de GNL. consum d'energia volumètrica.