Диссертация (1172966), страница 3
Текст из файла (страница 3)
При этомзатрачиваются средства и время: на полную проработку проекта уходит от двухдо пяти лет.Вкрупнотоннажномпроизводстве СПГвсетехнологиисжиженияприродного газа лицензируются компанией-разработчиком, и до настоящеговремени практически реализованы всего 7 технологических процессов, тогда какобщее число технологических линий в мире превышает 100. В малотоннажномпроизводстве СПГ реализовано большее количество технологий, при этомотсутствует эффект масштабирования: малотоннажные технологии неприменимыв крупнотоннажном производстве, и наоборот, крупнотоннажные технологииэкономически невыгодны для производства СПГ в малых объемах.Проблема выбора технологии сжижения обусловлена тем, что до сих пор несуществуетуниверсальнойметодикипроектированияпроизводстваСПГ,учитывающей основные факторы влияния.Вышеизложенное имеет актуальное значение для РФ как при освоениигигантских и крупных газовых месторождений Арктики, так и при обеспечении13природным газом социальных и промышленных объектов самых различныхрегионов России.Степень разработанности проблемы.Вопросы техники и технологийпроизводства СПГ рассматривались в работах советских и российских ученых:Клименко А.П., Архарова А.М., Акулова Л.А., Бармина И.В., Куниса И.Д.,Кириллова Н.Г., Лазарева А.Н., Голубевой И.А., Горбачева С.П., Гречко А.Г.,Новикова А.И., Брусиловского А.И., Барсука С.Д.
и других, а также в работахзарубежных ученых: Баррона Р.Ф., Мохатаба С., Кэмпбела Д.М., Марка Р.,Парадовски Х., Шмидта В.П., Морин П., Кремера Х. и других.Вопросы исследования и повышения эффективности малотоннажныхустановок производства СПГ рассматривались в диссертациях Семенова В.Ю.,Люгая С.В., Красноносовой С.Д.
Вопросам разработки отдельных технических итехнологических аспектов производства СПГ посвящены диссертации российскихученых Медведкова И.С. и Малахова С.Б.Однаковнедостаточноприродногосовременнойотраженыроссийскойвопросынаучно-техническойспецификипроизводствагаза.
Мало работ, которые комплекснолитературесжиженногоосвещают вопросыфункционирования индустрии СПГ. Слабо рассмотрены вопросы фазовогоравновесия компонентов природного газа при криогенных температурах,процессов и аппаратов технологической линии производства СПГ, взаимосвязитехнических и технологических аспектов производства СПГ. Отсутствуют работыпо теоретическим разработкам в области стандартизации СПГ-индустрии в РФ.Недостаточность теоретической разработанности данной темы, а такженеобходимостьвпрактическихрекомендацияхпосовершенствованиютехнологий подготовки и сжижения природного газа, комплексному подходу ксозданию инфраструктуры СПГ и построению системы стандартизации в областиСПГ в Российской Федерации определили цель и задачи данного исследования.Цельюисследованияявляетсяразработкакомплексногонаучно-технологического обоснования производства сжиженного природного газа наоснове термодинамических исследований процессов фазовых превращений в14многокомпонентных смесях углеводородов и разработки алгоритма построенияинфраструктуры СПГ с учетом социально-экономического, климатического,географического и промышленного состояния региона.Для реализации поставленной цели автор ставит следующие задачи:1.
Осуществить комплексный анализ современного мирового состояниятехники и технологии производства и размещения заводов СПГ, включая общуюхарактеристику индустрии СПГ, структуру мирового производства СПГ,состояние,проблемы,крупнотоннажногоиособенностималотоннажноготехнологическихпроизводстваСПГпроцессовиопределитьперспективные направления их совершенствования;2. Осуществить термодинамические исследования фазовых переходов вмногокомпонентных смесях углеводородов при производстве СПГ;3.
Осуществить исследования фазового состояния газожидкостных системуглеводородов (в т.ч. смесей с азотом) для выявления условий образования иравновесия систем для моделирования и оптимизации процессов подготовкиприродного газа и его сжижения;4. Разработать основные направления повышения энергоэффективностиоборудования и технологий подготовки и сжижения природного газа, в т.ч. приэксплуатации производства СПГ в условиях Арктики;5. Провести комплексное обоснование применения техники и технологиипроизводства СПГ и разработать научные и практические рекомендации поприменению СПГ в энергообеспечении регионов;6. Провестианализ мировойпрактикистандартизациив областипроизводства СПГ, разработать предложения по формированию системынормативной документации в области СПГ в РФ.Научная новизна работы1.Проведенные аналитические исследования фазового равновесия вмногокомпонентных смесях углеводородов в диапазоне температур от минус 196до плюс 152 °С и давлений от 0,1 до 40 МПа позволили разработать научные15основы для проектирования и создания технологических процессов производстваСПГ.2.Установлено, что в смесях метан-этан, метан-пропан, этан-бутан,этан-изобутан при давлениях более 3 МПа определяются точки максимумазначений констант фазового равновесия на кривых K(t).
Это указывает навозможность выбора оптимальных термобарических параметров Р и Т, прикоторыхразделениекомпонентовсмесиможнопроводитьнаиболееэнергоэффективно.3.Установлено, что существование двух взаимно нерастворимыхжидких фаз и газовой фазы (трехфазная система) для бинарных смесей азота сэтаном, пропаном, нормальным и изобутаном наблюдается в области температурот минус 163 до минус 120 °С и давлений от 2,3 МПа до 26 МПа.4.Установлено, что образование трехфазной системы в трех- ичетырехкомпонентных смесях компонентов природного газа, включающих азот,имеет место с увеличением доли азота в смеси от 0,2 и выше. Частичная взаимнаярастворимость азота и углеводородов С2+ в бинарных смесях оказывает влияниена растворимость компонентов в многокомпонентных смесях, в состав которыхвходят пары азот-этан, азот-пропан, азот-изобутан и азот-бутан.Теоретическая и практическая значимость работы1.Показано, что образование трехфазной системы, состоящей из двухнесмешивающихся жидких фаз и газовой фазы, необходимо учитывать припроведении научных исследований и инженерных расчетов при проектировании имодернизации процессов производства СПГ, т.
к. наличие в природном газе азотаоказывает влияние на состояние термодинамического равновесия системы и частовызывает отклонения реальных термодинамических параметров системы отрасчетных. В частности, установленный эффект может быть использован дляразработки процессов выделения азота из природного газа, так как прирасслоении одна из жидких фаз содержит азот в мольной концентрации от 0,92 до0,99 (акт о внедрении прилагается).16Установлена зависимость энергозатрат на отвод тепла при сжижении2.газа от начального давления потока газа и от содержания в сырье компонентовС2+.Предложено использовать низкие температуры окружающей среды3.при проектировании технологических процессов подготовки газа: например, впроцессах адсорбционной осушки газа.
Показано, что при размещении установкиглубокой адсорбционной осушки газа между ступенями цикла предварительногоохлаждения без дополнительных энергозатрат на охлаждение потока природногогаза можно значительно уменьшить массу загрузки адсорбента, металлоемкостьаппарата, снизить расход газов регенерации и охлаждения, а также снизить расходтопливного газа, т.е. снизить как капитальные, так и эксплуатационные затраты наосушку газа при производстве СПГ.Показано, что4.прииспользованиитехнологическихпроцессовсжижения газа на основе смесевых хладагентов (СХА) реализация преимуществхолодного климата Арктического региона позволяет снизить энергозатраты вхолодильных циклах при постоянной производительности технологическихлинийилиувеличитьпроизводительностьтехнологическихлинийприпостоянных энергозатратах.5.Предложена методика подбора оптимального состава СХА дляхолодильных циклов при производстве СПГ, заключающаяся в максимальномсближении кривых охлаждения природного газа и испарения используемогохладагента.
Разработанная методика позволяет уменьшить необратимые потериэнергии при сжижении газа и имеет большое значение при обосновании научныхи инженерных решений в области технологических процессов производства СПГ.6.изметанаУстановлена особенность технологической линии производства СПГугольныхотложений(МУО),выражающаясявотсутствиинеобходимости в установках удаления тяжелых компонентов, стабилизацииконденсата и фракционирования, а также повышенной производительностиустановки осушки, связанной с большим содержанием влаги в поступающем газе.Также установлена зависимость коэффициента ожижения МУО от степени его17сжатия в компрессоре и температуры предварительного охлаждения припроизводстве СПГ, и показано, что коэффициент ожижения газа растет сповышением давления потока МУО и снижением температуры предварительногоохлаждения.7.Обосновано значение малотоннажного производства СПГ в развитиирегионов РФ. Показано, чтосоздание инфраструктуры производства ипотребления СПГ позволит повысить доступность, эффективность и надежностьобеспечения потребителей необходимыми энергоресурсами, энергобезопасность вАрктическомрегионе,стабильностьгазоснабжения,экономичностьиэффективность использования различных видов транспорта, диверсифицироватьисточники энергоресурсов, снизить вредные выбросы в атмосферу и обеспечитькомплексное социально-экономическое развитие отдаленных и труднодоступныхрегионов.8.РазработанаметодикапостроенияинфраструктурыСПГприэнергообеспечении регионов, основанная на комплексной оценке эффективностипримененияСПГ,включающаялогистико-математическуюмодельэффективности производства и применения малотоннажного СПГ в различныхобластях,учитывающаягеографическоеисоциально-производственное,климатическоесостояниерегиона(актэкономическое,овнедренииприлагается).9.Обоснована необходимость и предложен комплексный подход кразработке национальной системы документов по стандартизации в областипроизводстваипримененияСПГ.Созданиенациональнойсистемывзаимоувязанных документов по стандартизации на основе структурного деленияиндустрии СПГ позволит выйти отечественному оборудованию и технологиямдля СПГ на мировой уровень, что приведет к снижению его стоимости,следовательно, и к снижению стоимости СПГ.
Появление спроса на болеедешевый СПГ даст развитие производству СПГ в различных регионах страны. Всвою очередь, строительство новых производственных установок создает нетолько дополнительные рабочие места, но и способствует реализации программы18автономной газификации промышленных объектов и жилищно-коммунальногохозяйства, что ведет к решению проблемы энергообеспечения регионов и подъемужизненного уровня населения (акт о внедрении прилагается).Методология и методы исследования.
Достижение поставленной цели ивыполнение задач осуществлялось на основе проведения термодинамическихисследований с применением широко используемого в мировой практикеуравнения Пенга-Робинсона, которое имеет незначительную ошибку в расчетахпо сравнению с экспериментальными данными, не превышающую 3-5. При этомтакже анализировался мировой опыт применения различных уравнений длятермодинамических исследований технологических процессов производства СПГ.Положения, выносимые на защиту:1.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
