Диссертация (Разработка и исследование высокоэффективных малотоннажных установок сжижения природного газа), страница 3

Развилка Московской области в2004 г. В дальнейшем ПАО «Криогенмаш» модифицировал эту схему [87] и началсерийный выпуск установок производительностью 1- 3 т/ч для поставок наэкспорт в КНР [16, 61, 50]. Использование эжектора вместо дросселя позволяетснизить давление отгружаемого СПГ до 3,0-3,5 бар при давлении обратногопотока12 барбездополнительныхзатратэнергии.Дляудалениянеконденсирующихся примесей (азот, водород, гелий) предусмотрено разделениеобратного потока на две неравные части: большая часть через теплообменныеаппараты направляется на всасывание компрессора, меньшая – на охлаждение всепараторе и дросселирование с последующим отделением газовой фракциисодержащейпреимущественноазот.Фактически,рассмотренноевышепредставляет собой модификацию цикла Линде – Хэмпсона.

Вариант дроссельно–эжекторного цикла высокого давления с предварительным охлаждением натемпературном уровне 233 К с двумя эжекторами представлен на Рис. 1.2. Внастоящий момент в КНР поставлено и находится в эксплуатации 20 такихустановок производства ПАО «Криогенмаш».Стремление к снижению капитальных затрат на основное оборудованиепривело к разработке схемы, использующей преимущества размещения заводаСПГ на объединенном комплексе ГРС+АГНКС. Представляет собой циклвысокого давления Линде-Хэмпсона с организаций процесса предварительногоохлаждения при помощи вихревых труб (Рис. 1.3).16Рис.

1.2. Схема дроссельного цикла высокого давления с предварительнымохлаждением с помощью холодильной машины на уровне температур 233К сдвумя дроссель-эжекторамиПри этом отсутствует дорогостоящая холодильная машина, а коэффициентожижения может составлять 35-40 %. «Горячая» часть потока ПГ после вихревыхтруб направляется в низконапорную магистраль ГРС [90, 82, 101].17Рис.

1.3. Схема цикла высокого давления с предварительным охлаждением спомощью вихревых труб Ранка-ХилшаФирма Cleanair Combustion Systems (Канада) разработала технологиюсжижения под названием Anker Gram Liquefier – 1, которая фактическипредставляет цикл высокого давления с предварительным охлаждением идвойным дросселированием с возвратом части обратного потока на всасываниесоответствующей ступени сжатия компрессора. Характерной особенностьюявляется интеграция тепловых и массовых потоков системы подготовки ПГ игазового привода компрессора (Рис. 1.4). Данная технология предназначена дляпроизводства СПГ с последующим его использованием в качестве моторноготоплива.Существуетвариантиспользованияаналогичногоцикладляпереработки смеси ПГ + воздух. В этом случае схема, представленная на Рис. 1.4дополняется ректификационной колонной [82, 156].18Рис.

1.4. Схема цикла высокого давления с двойным дросселированием,предварительным охлаждением и использованием тепла выхлопных газовпривода компрессоров для процесса регенерации системы очистки ПГСтремление уменьшить затраты на основное технологическое оборудованиепобудило фирму Linde разработать схему под названием Open throttle process(открытыйдроссельныйпроцесс),представленнуюнаРис. 1.5,гдепредварительное охлаждение организовано путем дросселирования прямогопотока высокого давления (200 бар) до давления 40 и 6 бар с последующимвозвратом расширившегося газа в соответствующие ступени сжатия компрессора.Оставшаяся часть потока после третьей ступени охлаждения дросселируется додавления близкого к атмосферному и частично сжижается.

Отделенная всепараторе паровая фаза проходя через рекуперативные теплообменникивозвращается на 1 ступень компрессора. Данная технологияреализована вг. Штутгарте (Германия) при создании установки СПГ производительностью3,3 т/ч (1972 г.) предназначенной для покрытия пиков газопотребления. Следуетотметить, что энергозатраты в этой установке выше, чем в ранее рассмотренных[82].19Рис. 1.5. Схема цикла высокого давления с организацией предварительногоохлаждения путем многократного дросселирования1.2. Установки среднего давленияМалотоннажные установки СПГ, работающие по циклу среднего давления,можно классифицировать по виду рабочего тела, используемого для процессаохлаждения.

Поэтому в дальнейшем рассматриваются два типа установок: свнешним азотным охлаждением и с контуром охлаждения, где используетсявходной сырьевой ПГ. Как правило, и в том и в другом случае, в качествегенератора холода используется турбодетандер.1.2.1. Установки среднего давления с контуром охлаждения насырьевом ПГАмериканская фирма CB@I (Chicago Bridge & Iron Co) запатентовалапроцесс СПГ под названием LNG-Pro.

Технология предназначена для сжиженияприродного газа на малодебитных отдаленных скважинах. Представляет собойклассический цикл Клода с турбодетандером, дросселем и предварительнымохлаждением до температуры 233 К с помощью пропановой холодильноймашины(Рис.1.6).Заявленныехарактеристикиданнойтехнологии–20коэффициент ожижения 0,67, значения удельного расхода электроэнергии 0,3050,324 кВт·ч/кг СПГ при входном давлении сырьевого ПГ 65-70 бар [82, 182].Рис. 1.6. Схема цикла сжижения ПГ среднего давления с турбодетандером,дросселем и предварительным охлаждением с помощью пропановой холодильноймашиныНа Рис.

1.7 показана схема открытого дроссельно-детандерного процессаLinde. Используется для систем сглаживания пиков газопотребления. Фактическипредставляет цикл Клода с детандером и дросселем, где для организациипредварительного охлаждения используется процесс двойного дросселированияжидкой фазы, отделенной в сепараторах после первой и после второй ступенейохлаждения.

Заявленный коэффициент ожижения – 10 % [82].21Рис. 1.7 . Схема открытого детандерно- дроссельного цикла с двумядроссельными ступенями предварительного охлажденияОбратный цикл Брайтона был использован специалистами Idaho nationalLaboratories США при разработке процесса Pressure Letdown LNG Process INL.Технология используется в установках СПГ предназначенных для снабженияавтозаправок и сглаживания пиковых нагрузок газопотребления. Представленнаяна Рис. 1.8 схема процесса сочетает внешний детандерный цикл с использованиемчасти прямого потока среднего давления и внутренний дроссельный. При этомиспользуется оригинальная технология очистки от диоксида углерода путемотделения в гидроциклонах и последующего последовательного фильтрования.Известна полупромышленная установка в г.

Сакраменто штат Калифорния[82, 116, 117, 118-121].22Рис. 1.8. Схема установки использующей обратный цикл Брайтона в качествевнешнего источника холода и внутренний дроссельный для продуктового потокаТехнологию получения СПГ на ГРС без прямых затрат электроэнергии –только за счет существующего перепада давлений – реализовало ОАО«Гелиймаш» на ГРС-4 в г. Екатеринбурге. Процесс представляет собойклассический цикл Клода с ТДКА и дросселем (см. Рис. 1.9). Отличительнойособенностью схемы является разделение прямого потока на две неравные части,что позволяет проводить очистку от диоксида углерода только для дроссельногопотока. Работа расширения детандера используется для повышения давления навходе в ожижитель. При расчетном давлении в газовой магистрали 3,1 МПакомпрессионная часть детандер - компрессора позволяет увеличить давление до3,72 МПа, тем самым повышая холодопроизводительность цикла.

ПолучаемыйСПГнаходитсяподдавлением3,5 бар.Образующиесяврезультатедросселирования пары дожимаются до давления магистрали низкого давления(7,2 бар) в «теплом» эжекторе. В настоящее время ожижитель природного газа,23реализованный согласно данному циклу, является самым крупным в РФ.Производительность этойустановки составляет 3 т/ч прикоэффициентеожижения 10-11 % [83, 91, 95, 99].Рис. 1.9. Принципиальная схема цикла с ТДКА для технологии сжижения,использующей перепад давлений на ГРС:КМ — компрессор магистрального газопровода («удаленный» компрессор); ТД,ТК — тубодетандерная и компрессорная ступени ТДКА; ТОА1 — основнойтеплообменник; ТОА2 — конденсатор-переохладитель; Сеп1 — сепаратор; Сеп2— хранилище СПГ; Др1, Др2 — первый и второй дроссели ожижителя; Эж —эжектор; БП — байпасный вентиль компрессорной ступени ТДКА; МО —масляные опоры ТДКА1.2.2.

Установки с внешним азотным охлаждениемНемецкая фирма Tractebel Gas Engineering (TGE) серийно выпускаетустановки обратной конденсации паров для танкеров – перевозчиков LNG, гдереализован обратный цикл Брайтона для внешнего азотного контура охлаждения24и цикл с простым дросселированием для потока ПГ. Известно такжеиспользование данной технологии для установок «peak-sheaving» во время зимнейработы электростанций в Бельгии (производительностью 10 т/ч) и Англии (8 т/ч).Согласно схеме, представленной на Рис.