Диссертация (1024726), страница 4
Текст из файла (страница 4)
1.10, пары СПГ из хранилищасжимаются компрессором до давления 3-6 бар, охлаждаются в теплообменнике идросселируются до давления близкого к атмосферному. Полученная жидкостьнаправляется обратно в танкер.Рис. 1.10. Схема установки обратной конденсации паров СПГ, использующейобратный цикл Брайтона для организации внешнего азотного охлажденияАзот сжимается до давления 35-80 бар в трехступенчатом компрессоре,охлаждаетсявосновномтеплообменникедотемпературы180-200 К ирасширяется в турбодетандере до давления, близкого к атмосферному.Окончательное сжатие потока азота осуществляется в компрессионной ступениТДКА, что обеспечивает эффективное использование работы расширения25детандера.
Удельный расход электроэнергии, декларируемый фирмой, составляетвеличину 0,75 кВт·ч/кг СПГ [82].Технология сжижения ПГ с помощью внешнего азотного охлажденияреализована фирмой Linde в установках различной модификации: в Chula Vista(США) производительностью 2 т/ч, в New York (США) производительностью5,5 т/ч, в Мaasvlakte (Голландия) производительностью 11 т/ч, в Wilmington(США)производительностью1,7 т/ч,вZeebruegge(Бельгия)производительностью 11,5 т/ч - Alice Springs (Австралия) производительностью1,1 т/ч, а также в установках обратной конденсации паров на танкерах –перевозчикахСПГ.Внешнийазотныйциклявляетсякомбинированным(Рис.
1.11) с расширением большей части потока азота в детандере и меньшей – вдросселе. Энергия, генерируемая турбодетандером, используется для приводапоследней ступени компрессора. После первого теплообменника происходитотделение тяжелых фракций, содержащихся в сырьевом ПГ. Во второмтеплообменнике происходит конденсация, а в третьем – переохлаждение и споследующим расширением в дросселе до давления близкого к атмосферному[82].Рис.
1.11. Схема цикла с внешним азотным контуром охлаждения, расширениемазота в турбодетандере и дросселированием26Схему внешнего азотного охлаждения, аналогичную предыдущей, широкоиспользует и другой мировой лидер криогенной промышленности – американскаяфирма APCI (Air Products and Chemicals Inc.). Также как и в предыдущем случае,внешнее азотное охлаждение реализовано по циклу Клода; при этом поток азотатакже разделяется на детандерный и дроссельный. Назначение этих установок сглаживание пиков газопотребления.
Энергия расширения газа в детандереиспользуется для привода дожимающего азотного компрессора. Как показано наРис. 1.12, входящий ПГ проходит очистку, осушку; после охлаждения втеплообменникеосвобождаетсяоттяжелыхфракций,конденсируетсявтеплообменнике, дросселируется и направляется в хранилище. В контуре ПГустановлен сепаратор, после которого отделившаяся и обогащенная тяжёлымиуглеводородами жидкая фракция дросселируется и через теплообменный аппаратнаправляется в магистраль утилизации паров СПГ [82].Рис. 1.12.
Схема цикла с внешним азотным контуром охлаждения, расширениемазота в турбодетандере, дросселированием и отделением тяжелых фракцийуглеводородов в контуре ПГПАО «Криогенмаш» предлагает для установок СПГ производительностью 3– 15 т/ч технологию, основанную на внешнем азотном холодильном цикле с27одним турбодетандером и предварительным охлаждением азота с помощьюфреоновой холодильной машины [52].
Согласно схеме представленной наРис. 1.13, азот сжимается в циркуляционном компрессоре до давления 4,0 МПа;энергия, вырабатываемая в турбодетандере, используется для дожатия потокаазота до давления 5,8 МПа. Далее реализуется расширение в турбодетандере идросселе. ПГ, охлажденный в теплообменнике до температуры ниже кривойконденсации, расширяется в дросселе и направляется в хранилище.Рис. 1.13. Схема цикла ПАО «Криогенмаш» с внешним азотным контуромохлаждения, предварительным охлаждением с помощью фреоновой холодильноймашины:1 - компрессор сжатия утечек азота; 2 – циркуляционный компрессор; 3.1 и3.2 – компрессорная и детандерная ступени ТДКА; ХМ – холодильнаямашина; БКО – блок комплексной очистки; ТО – основной теплообменникТехнология характеризуется коэффициентом ожижения близким к 100 %.При входном давлении ПГ 20-30 бар ожидаемые затраты электроэнергии составят0,7 кВт·ч/кг СПГ.
Данные показатели соответствуют мировому уровню развитияэтого типа установок [51].28Процесс EcоRel (Economic ecologic reliable boil-off gas reliable faction экономичное, экологичное, надежное, повторное сжижение паров) разработанфирмой Cryostar SAS. Применяется в установках обратной конденсации натанкерах – перевозчиках и для снабжения СПГ станций автомобильных заправок.В качестве источника холода используется внешнее азотное охлаждение, котороереализовано по обратному циклу Брайтона.
Для повышения эффективностиустановки введено межступенчатое охлаждение компрессора ПГ частью азотногопотокаотбираемогоизосновногохолодильногоконтура.Крометого,предусмотрено предварительное охлаждение паров СПГ до температуры 173 Кпутем впрыскивания небольшой части жидкой фазы в смеситель. Схема этогоцикла показана на Рис. 1.14.
Реализация процесса требует наличия компрессороввспециальномконструктивномисполнении,чтозаметноувеличиваеткапитальные затраты [82, 172].Рис. 1.14. Схема цикла с внешним азотным охлаждением, реализующим циклБрайтонаПроцесс LFC (Land fill gas) to LNG запатентованный компанией PrometheusEnergy Co.
Ожижение природного газа полученного из бытовых отходов.Источником холода является внешний детандерный азотный цикл с давлением29сжатия в компрессоре до 22 бар (обратный цикл Брайтона). Оригинальностьтехнологии заключается в использовании холода внешнего цикла для очисткибиогаза от диоксида углерода путем вымораживания (Рис. 1.15). Посленизкотемпературного расширения очищенного таким образом газа происходитразделение на жидкую и газовую фракции, при этом жидкость содержит до 3 %азота. Установка производительностью 8 т/сутки успешно функционирует вКалифорнии [82, 115,147].Рис.
1.15. Схема технологии сжижения биогаза использующей обратный циклБрайтона с очисткой от диоксида углерода методом вымораживанияСхема процесса сжижения, основанная на внешнем азотном цикле скаскадным расположением детандеров (цикл Коллинза) и запатентованнаяфирмой Cosmodyne LLC под названием Nitrogen expansion cycle, представлена наРис. 1.16. Применяется для установок снабжения СПГ автомобильных заправок.30Природный газ после абсорбционной очистки от диоксида углерода и осушкиохлаждается с помощью стандартной фреоновой холодильной машины. Послепервого теплообменника отделяется и отводится жидкая фракция, содержащаявысококипящие компоненты ПГ.
Во втором теплообменнике происходитконденсация и переохлаждение. После расширения в дросселе СПГ направляетсяв хранилище [82].Рис. 1.16. Схема процесса сжижения при помощи внешнего азотного охлажденияс расширением в двух детандерахФирма Hamworthy Gas Systems использует обратный цикл Брайтона дляорганизации внешнего азотного охлаждения с целью конденсации паров СПГ приего перевозке в танкерах. Схема данной технологии под названием Mark Iпредставлена на Рис. 1.17.
Пары СПГ сжимаются в двухступенчатом компрессоредо давления 4,5 бар. Далее в теплообменниках происходит конденсация ипереохлаждение. После дросселирования и отделения обогащенной азотомгазовой фракции СПГ направляется в хранилище. Особенностью данногопроцесса является использование процесса «холодного» сжатия, что снижает31энергозатраты на компримирование, но требует компрессоров специальногоисполнения. Имеются данные о 31 установке данного типа [82, 114].Рис. 1.17.
Схема обратного цикла Брайтона для организации внешнегоохлаждения в установках обратной конденсации паров танкеров-перевозчиковСПГСхема цикла с каскадным расширением азота в двух детандерах,представленная на Рис. 1.18, запатентована Hamwothy Gas Systems под названиемMark II. Используется для конденсации паров СПГ при его перевозке в танкерах.Отличие от технологии Mark I заключается в дополнительном азотномохлаждении паров СПГ на всасывании компрессора ПГ. Увеличение тепловойнагрузки компенсируется генерацией холода вторым азотным детандером.Экономичность цикла при этом, по сравнению с предыдущим, повышается на 1520 % [82, 178].32Рис.
1.18. Схема цикла обратной конденсации паров СПГ с каскаднымрасширением в двух детандерах внешнего азотного циклаСтремление к максимально возможному использованию стандартногооборудования привело фирму Hamworthy Gas Systems к разработке цикла свнешним азотным охлаждением, схема которого показана на Рис. 1.19.Рис. 1.19.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
