Диссертация (1172966), страница 24
Текст из файла (страница 24)
Можно заметить, что площадь между кривымиприродного газа и СХА уменьшается по сравнению со ступенчатым каскаднымпроцессом на чистых компонентах (см. рисунок 3.11, б). В этом случае важноезначение имеет правильный подбор состава СХА. Его можно подобрать так,чтобы кривые природного газа и СХА располагались как можно ближе друг кдругу.
Близкое взаимное расположение кривых испарения и охлаждениясвидетельствует о снижении необратимых затрат энергии в цикле, т.е. такойпроцесс является энергоэффективным.В каскадных процессах с СХА для повышения эффективности такжеприменяются ступенчатые циклы с двумя-тремя уровнями сброса давления.Примерами каскадных процессов с холодильными циклами на СХА служаттехнологии Shell DMR (Dual Mixed Refrigerant), Axens Liquefin® и Statoil-LindeMFC® (Mixed Fluid Cascade). Принципиальные схемы данных процессовпредставлены на рисунках 3.13-3.15). В первых двух технологиях по двахолодильных цикла, в последней – три. СХА может содержать пропан, этан,метан и азот в различных пропорциях. При этом в каждом из циклов каскада свойсостав СХА: на верхних температурных уровнях преобладает пропан, какнаиболее высококипящий компонент, на среднем и низком – метан.180Рисунок 3.13 – Принципиальная схема технологического процесса Shell DMR:К1,2 – компрессор основного цикла охлаждения; К3 – компрессор циклапредварительного охлаждения; Т1, Т2 – теплообменники цикла предварительногоохлаждения; Т3 – теплообменник основного цикла охлаждения;Х1-3 – холодильники компрессоров; С1 – емкость; Д1, Д2, Д3 – дроссели [7]Рисунок 3.14 – Принципиальная схема технологического процессаAxens Liquefin: К1 – компрессор цикла предварительного охлаждения;К2 – компрессор основного цикла охлаждения; Т – блок теплообменниковпредварительного и основного охлаждения; Х1,Х2 – холодильники компрессоров;Д – детандер; Д1-3 – дроссели [7]181Рисунок 3.15 – Принципиальная схема технологического процессаStatoil/Linde MFC: К1 – компрессор цикла предварительного охлаждения;К2 – компрессор основного цикла охлаждения; К3 – компрессор циклапереохлаждения; Т1 – теплообменник цикла предварительного охлаждения;Т2 – теплообменник основного цикла охлаждения; Т3 – теплообменник циклапереохлаждения; Х1-3 – холодильники компрессоров; Д1-4 – дроссели [7]Комбинации холодильных циклов на чистых и смесевых хладагентах,наряду с процессом APCI С3МR, встречаются в процессах APCI C3MR/SplitMR(пропан + СХА, отличается от С3МR комбинацией компрессоров на валахгазовых турбин), APCI AP-X (пропан + СХА + азот, принципиальная схемапроцесса дана на рисунке 3.16), Газпром GMR (СХА + азот).182Рисунок 3.16 – Принципиальная схема процесса APCI AP-X: К1 – компрессорСХА; КП – компрессор пропана; КА – компрессор азотного цикла; Х1, ХП, ХА –холодильники компрессоров СХА, пропана и азота соответственно;Т1 – теплообменник цикла предварительного охлаждения; Т2 – теплообменникосновного цикла охлаждения; Т3,4 – теплообменники азотного цикла;С1 – емкость; Д1, Д2, Д3 – дроссели; ТД – турбодетандер [7]3.2.3.2 Однопоточные технологииОднопоточные технологические процессы сжижения природного газа, илипроцессы с одним многоступенчатым холодильным циклом, применяются вмалотоннажном производстве СПГ, так как один замкнутый цикл не можетобеспечить большую производительность установки.
К данным технологическимпроцессам относятся две основные группы процессов: процессы с азотнымциклом и с циклом на СХА. Эти технологии преобладают в диапазонепроизводительности от 3,5 до 35 т СПГ в час. [92]В первую очередь, это азотный холодильный цикл с детандерами,получивший широкое распространение вследствие своей простоты, безопасности183и доступности азота в качестве холодильного агента. За рубежом этот циклизвестенкакзакрытыйциклБрайтона/Клода.Азотполучаютнавоздухоразделительных установках и перевозят в газовых баллонах илицистернах. В процессе циркуляции в замкнутом холодильном цикле азот неменяет своего агрегатного состояния и остается газообразным.
Так как в процессене используется преимущество скрытой теплоты парообразования-конденсации,теплообменники работают с относительно большой разностью температур, циклобладает низкой эффективностью и, как следствие, процесс отличается высокимпотреблением энергии. Увеличение эффективности азотного цикла за счетувеличения числа ступеней охлаждения ведет к росту числа компрессоров впроцессе.Однако,применениевкачестверасширительныхустройствтурбодетандеров позволяет вернуть в цикл часть затраченной энергии.Встречаются разновидности азотного холодильного цикла с одним, двумя и тремядетандерами.
Эффективность и число турбодетандеров оказывает прямое влияниена общую эффективность процесса сжижения. Принципиальная схема цикла сдвумя детандерами, как наиболее распространенная и энергоэффективная,приведена на рисунке 3.18.Азот не горюч, поэтому является наиболее безопасным хладагентом.Основными преимуществами азотных циклов являются простота запуска иостановки технологической линии и легкость адаптации к изменениям в составесырьевого газа. Максимальная производительность азотных циклов не превышает0,5 млн.
т СПГ в год (62,5 т/ч).184Рисунок 3.18 – Азотный холодильный цикл с двумя детандерами:Т1, Т2, Т3 – теплообменники; Д1, Д2 – турбодетандеры; К1, К2, К3 –компрессоры; Х – холодильник; Др – дроссель [7]Однопоточные процессы с использованием СХА широко используются вмалотоннажном производстве СПГ за рубежом. Исходя из многолетнего опытапроизводства и эксплуатации малотоннажных установок СПГ, были разработаныдвух- и трехступенчатый цикл со СХА и разделением потока хладагента нажидкую и паровую фазу.
Максимальная производительность процесса непревышает 1 млн. т СПГ в год (125 т/ч). Принципиальная схема трехступенчатогоцикла представлена на рисунке 3.19.185Рисунок 3.19 – Однопоточный процесс с трехступенчатым холодильным цикломна СХА: Т1, Т2, Т3 – теплообменники; К1, К2 – компрессоры; Х1, Х2 –холодильники компрессоров [7]Использование внешних холодильных циклов при сжижении природногогаза не требует высокого давления самого потока природного газа. Этообстоятельство позволяет применять технологии с внешним охлаждением наместорождениях природного газа.3.2.3.3 Технологии с открытыми холодильными цикламиТехнологические процессы сжижения с расширением части потокаприродного газа базируются на применении различных расширительныхустройств, в роли которых могут выступать дроссели, эжекторы, вихревые трубы,турбодетандеры и волновые криогенераторы.
В силу того, что часть потокаприродного газа выступает в роли хладагента, коэффициент ожижения у этихтехнологий гораздо ниже, чем у технологий с использованием внешнегохладагента. Вместе с тем, данные технологии находят применение в производствеСПГ на базе объектов Единой системы газоснабжения.186Вэтомнаправлениинаибольшейэнергоэффективностьюобладаютпроцессы с применением расширительных устройств, использующие перепаддавления на газораспределительной станции (ГРС), а также высокое давление газана автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях (АГНКС).Преимуществомподобныхустановокявляетсяотносительнонизкаясебестоимость СПГ, так как нет необходимости затрачивать энергию на сжатие вкомпрессорах, а стоимость основного оборудования в последнее время становитсядостаточно низкой.В силу того, что Россия обладает сетью магистральных газопроводов,именно эти технологии вызывают в нашей стране наибольший интерес.На рисунке 3.20 представлена типовая схема установки получения СПГ наГРС.
Здесь не показаны подготовка, осушка газа и удаление из него тяжелыхкомпонентов, но эти процессы являются частью установки.Коэффициент ожижения при использовании данной технологии непревышает 20 %, но она обладает самыми низкими удельными энергозатратами.Основная энергия расходуется на процессы подготовки газа – очистку и осушку.Рисунок 3.20 – Технология производства СПГ на ГРС:Т1, Т2, Т3 – теплообменники; Д1 – турбодетандер; К1, К2, К3 – компрессоры;С1, С2 – сепараторы; Др – дроссель [7]187На рисунке 3.21 представлена технология производства СПГ на АГНКС.Это дроссельно-эжекторный цикл высокого давления с фреоновой холодильноймашиной.
Особенность данной технологии – высокое начальное давление газа –от 22 до 25 МПа. Данная технология хорошо известна и успела зарекомендоватьсебя на установках в России. Она обладает более высоким коэффициентоможижения, чем на ГРС – не более 50 %, – и сравнительно низкими удельнымиэнергозатратами.Рисунок 3.21 – Технология производства СПГ на АГНКС:Т1, Т2, Т3 – теплообменники [40]Более подробно все вышеназванные технологии сжижения описаны вработе [7]. Тщательный анализ литературных и патентных источников позволилсобрать и изложить в данной работе материал как по принципиальнымтехнологическим схемам сжижения, так и по основным параметрам веденияпроцессов.188Следует отметить, что для каждой из технологий получения СПГсуществует свой диапазон производительности, в котором та или иная технологияэффективна.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
