Диссертация (1024726), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Схема обратного цикла Брайтона для организации внешнегоохлаждения в установках обратной конденсации паров танкеров-перевозчиковСПГ с подогревом паров СПГ на всасывании компрессора ПГ33Данная технология обратной конденсации паров СПГ получила названиеMark III. В отличие от схем, представленных на Рис.1.17 и Рис.1.18, пары СПГподогреваются перед сжатием в компрессоре потоком циркуляционного азота, чтопозволяет использовать обычный стандартный компрессор ПГ [82, 161].Процесс, включающий два детандерных цикла - обратный цикл Брайтонапри реализации внешнего азотного охлаждения и цикл Клода для контура ПГ предложила фирма CB@I под названиемDual TEX Semi-Open Cycle (см.Рис.
1.20). Используется на плавучих буровых платформах для утилизациипопутных газов. Благодаря отсутствию хладагентов, находящихся в жидкой фазеданная технология мало чувствительна к морской качке. Отличительнойособенностью является наличие привода компрессоров азота и ПГ от однойгазовой турбины. Сжатие ПГ осуществляется примерно до давления 70 бар,сжатие азота - до 84 бар [82, 157].Рис. 1.20.
Схема процесса сжижения с двумя детандерными циклами: внешнимазотным, функционирующим по обратному циклу Брайтона и циклом Клода вконтуре ПГ34На Рис. 1.21 представлена схема установки обратной конденсации паровдля танкеров – перевозчиков СПГ, разработанная фирмой Linde. Процесс основанна обратном цикле Брайтона. Азот сжимается в три ступени до 35 бар, причемпоследняя ступень утилизирует работу расширения детандера. Особенностьютехнологии является возможность ее реализации в разных режимах: конденсациявсего количества испарений, использование всего испарившегося газа дляпитания котлов танкера, одновременная частичная конденсация и питание котлов[82].Рис. 1.21.
Схема технологии утилизации паров СПГ с возможностью полной иличастичной обратной конденсациейТехнология повторной конденсации паров СПГ из хранилищ (Reliquefaction system), разработанная фирмой APCI, показана на Рис. 1.22.Используется на танкерах – перевозчиках СПГ. Перед компрессором пары СПГподогреваются в теплообменниках, далее сжимаются до давления 40 бар,охлаждаются и дросселируются на входе в ректификационную колонну додавления 20 бар, где происходит отделение азота. Нижний продукт после выводаиз колонны охлаждается внешним азотным циклом и дросселируется до давленияхранения.
В качестве источника холода используется внешний азотныйдетандерный цикл (обратный цикл Брайтона) [82, 171].35Рис. 1.22. Схема цикла обратной конденсации паров СПГ из хранилищ сиспользованием внешнего азотного холодильного цикла и отделениембалластного азота в ректификационной колонне1.3. Циклы основанные на использовании смешанного хладагента(СХА)В 1959 г. на Х конгрессе Международного института холода в Копенгагенепроф. А.П.
Клименко представил доклад [151], где впервые предложил циклсжижения природного газа с использованием целенаправленно синтезированногорабочего тела. Используемая в этих циклах рабочая среда представляет собойсмесь азота и углеводородов и поэтому получила название смешанногохладагента.Применениетакойсмесипозволяеторганизоватьциклсмногократным дросселированием на различных температурных уровнях, которыеопределяются входящими в смесь компонентами. На Рис.
1.23 показаны двемодификации цикла Клименко: с раздельными потоками СХА И ПГ, где потокСХА является внешним холодильным циклом по отношению к ожижаемомупотоку ПГ (Рис. 1.23, а), и с одним совместным потоком (Рис. 1.23, б).Эффективность предложенного цикла определяется высокой критической36температуройтакихкомпонентовкакпропан,бутан,пентан,которыехарактеризуются высоким значением изотермического эффекта дросселированияи могут быть использованы при предварительном охлаждении. С другой стороны,наличие высококипящих компонентов СХА дает возможность реализоватьпроцесс теплообмена с минимальной разницей температур между прямым иобратным потоками, что существенным образом сказывается на уменьшениипотерь от необратимости.
В этой связи определяющую роль играет выбор исостав СХА [23-26].Рис. 1.23. Схема цикла Клименко с раздельными (а) и совместными (б) потокамиСХА и ПГ:I-IV – рекуперативные теплообменники, V- компрессоры СХА, VI - компрессорПГ, С1,С2 – сепараторы, Др1-Др3-дроссельные вентили, СПО- ступеньпредварительного охлаждения, СИО –ступень использования охлаждения, Qос –теплота сжатия отводимая в окружающую среду, Gож – ожижаемый поток ПГ, Gц –циркуляционный поток СХА37Применительно к сжижению природного газа цикл Клименко получилсамоеширокоераспространение.Пожалуй,внаибольшемколичествемалотоннажных установок СПГ в мире используется процесс, запатентованныйфирмой APCI (Air Products and Chemicals Inc. США) под аббревиатурой SMR(MR, MCR), в котором фактически реализуются идеи А.П.
Клименко. На Рис. 1.24показана схема процесса ожижения с использованием одного многоступенчатогокомпрессора и на одном СХА, который состоит из азота, метана, этана, пропана,бутана и пентана. После концевого охладителя компрессора сконденсированныевысококипящие компонеты (в основном пропан + бутан+пентан) дросселируютсяна первой ступени охлаждения. На второй ступени дросселируется жидкая фазаобогащеннаяэтаном.Третьяступеньохлажденияреализуетпроцессдросселирования преимущественно смеси азота и метана.Рис. 1.24.
Схема цикла с тремя дроссельными ступенями охлаждения, однимкомпрессором и на одном СХА (SMR - Single Mixed Refrigerant)Дросселированиежидкойфазыосуществляетсяпослеохлаждениявтеплообменных аппаратах, что определяет более высокую эффективность SMRпроцесса по сравнению с классическим циклом Клименко [82, 175].Следует отметить, что все мировые лидеры криогенной промышленностиимеют собственные запатентованные технологии СПГ на СХА, реализующиецикл Клименко в той или иной модификации.
Одной из первых установокпредназначенных для производства СПГ экспортного назначения была установкаиспользующая технологию PRICO (“Poly refrigerant integral-cycle operations” –38многококомпонентный одноцикловый процесс) – процесс с дроссельным цикломна СХА с одним значением давления расширения и одним температурнымуровнем расширяемого хладагента. В состав СХА входит метан (20-26 %), этан(20-40 %),пропан (2-12 %), бутан (6-24 %), пентан (2-20 %) и азот (до12 %).Принципиальная схема процесса представлена на Рис. 1.25.Рис.
1.25. Схема цикла с одной дроссельной ступенью охлаждения и впрыскомжидкой фазы СХА в теплообменный аппаратОтличительной чертой данной технологии является наличие впрыска ираспыления жидкой фазы СХА под давлением непосредственно в криогенныйтеплообменник для интенсификации процесса теплообмена. Реализация процессаодноступенчатого охлаждения предопределяет относительно высокие (для цикловна СХА) удельные затраты электроэнергии – 0,4 кВт·ч/кг СПГ. Впервые даннаятехнология была использована на трех нитках завода СПГ «Skikda GL1K Phase II»Алжир (Африка).
Сейчас рекомендуется к использованию на небольших заводахпредназначенных для покрытия пиковых нагрузок [82, 176].Другая известная фирма Shell Global Solutions запатентовала [82, 133]процесс с одним внешним циклом на СХА (Рис.1.26) В цикле предусмотрентеплообменник, предназначенный для организации предварительного охлажденияпотока СХА путем дросселирования жидкой фазы высококипящих компонентовПГдодавлениявсасываниявторойступеникомпрессора(15-30 бар).Дросселирование на низкотемпературной ступени охлаждения осуществляется додавления 2-3 бара.39Рис. 1.26. Схема цикла с двумя уровнями давления расширения СХАЭто обстоятельство приводит к уменьшению расхода энергии вследствиеуменьшения степени сжатия в компрессоре.
В состав СХА входят азот (около2 %), углеводороды С1-С3 (около 75 %) и углеводороды С4+ в количестве до 25 %.Технология рекомендована для установок малой и средней производительности инебольших морских платформ.Фирма Technip является владельцем технологии под названием TEALARC,представляющим собой процесс с дроссельным циклом на одном СХА и двумяуровнямидавлений(Рис. 1.27).Вданнойтехнологиииспользуетсядвухступенчатый компрессор где осуществляется сжатие СХА до 37,5 бар ичетыре ступени охлаждения.40Рис.
1.27. Схема цикла с двумя давлениями расширения одного СХА ичетырехступенчатым охлаждениемПосле каждой ступени производится сепарация жидкой фазы с последующимдросселированием с возвратом в обратный поток соответствующего давления.Проходя многоступенчатое дросселирование паровая фаза СХА обедняетсянизкокипящими компонетами. На последней ступени дросселируется практическисмесьметанаиазота,чемобеспечиваетсяпереохлаждениеПГпередокончательным расширением [82, 164].Процесс LNG plant technology (технология для завода СПГ), разработанныйанглийской фирмой Costain Oil, Gas and Process Ltd., отличается от традицоннойSMR- технологии наличием дополнительного процесса дросселирования жидкойфазы, отделяемой после межступенчатого охладителя компрессора (Рис.1.28).Кроме того, в контуре сырьевого ПГ организовано дополнительное охлаждение засчет дросселирования отделяемой на промежуточных температурных уровняхжидкой фазы.41Рис. 1.28.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
