Диссертация (1172966), страница 33
Текст из файла (страница 33)
Давление потока природного газа – 3,7 МПа. Температурный напорпри теплообмене с природным газом должен быть не более 10 ºС. Результатвыбора составов СХА и наложение кривых испарения хладагентов на кривуюохлаждения природного газа представлен на рисунке 3.47.254Рисунок 3.47 – Кривые охлаждения природного газа и испарения СХА в треххолодильных циклах(Источник: составлено автором)Кривые СХА, изображенные на рисунке 3.47, соответствуют составам ирасходам смесей, приведенным в таблице 3.19.Таблица 3.19 – Составы и удельные расходы смесевых хладагентовАзотМетанЭтанПропанБутанУдельныйрасходСХА, кмоль/кмоль ПГСХА-1СХА-2Состав смеси, мольн. доля00,030,520,4800,430,450,030,030,030,91,3Источник: составлено авторомСХА-30,010,010,170,8100,9255В соответствии с расчетами, в первом холодильном цикле температурныйдиапазон СХА-1 – от плюс 20 ºС до минус 29,7 ºС; во втором циклетемпературный диапазон СХА-2 – от минус 29,7 ºС до минус 89,4 ºС; в третьемцикле температурный диапазон СХА-3 – от минус 89,4 ºС до минус 160 ºС.
Нарисунке 3.47 горизонтальными линиями показаны температурные интервалыхолодильных циклов.Таким образом, на основе проведенных исследований нами предложенаграфическая методика подбора состава СХА для холодильных циклов. Очевидно,что выбор одного, двух или трех циклов охлаждения природного газа долженопределяться экономической целесообразностью.3.5 Взаимосвязь техники и технологий производства СПГТехнику и технологию производства СПГ следует рассматривать каквзаимосвязанные подсистемы единой техногенной системы, назначение которой –преобразование сырьевого вещества (природный газ) в конечный продукт (СПГ).Правильный выбор технологии производства СПГ для того или иногопроизводственногокомплексаопределяет,будетлипроизводствоСПГэнергоэффективным. Правильный выбор техники, т. е.
машин и оборудования,влияет на стабильность и надежность производства в целом. При этом, с однойстороны, на выбор технологии влияют такие факторы, как состав сырья,климатические условия, доступность теплоносителей и хладагентов и др., сдругой стороны, технология сама диктует выбор оборудования, его конфигурациии материального исполнения. Таким образом, научно обоснованный выбортехнологии и техники для производства СПГ означает получение конечногопродукта с наименьшими затратами.2563.5.1 Особенности проектирования производства СПГ для АрктическихусловийРеализация Государственной программы по социально-экономическомуразвитию Арктической зоны РФ потребует большого объема энергоресурсов итоплива. Предыдущие этапы освоения Арктики были основаны преимущественнона использовании угля и нефтепродуктов.
Замена угля и нефтепродуктов наприродный газ позволит снизить транспортные расходы на энергоснабжение иэкологические риски, связанные с разливами нефти и нефтепродуктов, а также сзагрязнением воздуха продуктами горения угля, дизельного топлива или мазута.Большая протяженность территории и низкая плотность населения вАрктикеделаетСледовательно,нерентабельнымтрубопроводныйэнергообеспечениепотребителейвариантдолжногазификации.строитьсянаавтономном газоснабжении за счет разработки локальных месторожденийприродного газа и создания на их основе крупно- и малотоннажного производствасжиженного природного газа (СПГ).
Часть СПГ можно использовать в видемоторного топлива, а другую часть – для локального производства необходимойэлектроэнергии. [38]Арктический регион характеризуется большой протяженностью с запада навосток, суровыми природными условиями, удаленностью от крупных населенныхпунктов и транспортно-логистической инфраструктуры, чрезвычайно низкойплотностью населения, а также огромными запасами углеводородов. Только вЯмало-Гыданском регионе доказанные запасы природного газа составляют 15-20трлн. м3.
[24] А поскольку в Арктическом регионе находятся гигантские запасыприродного газа, а строительство газопроводов не всегда экономическицелесообразно, размещение производства СПГ в этом районе вызывает всебольший интерес. Примером могут служить проекты Ямал СПГ, Обский СПГ иАрктик СПГ-2. Нами были проанализированы основные факторы, влияющие наэффективность производства СПГ при его размещении в Арктическом регионе.257Результаты этого анализа представлены в работах [140, 141] и изложены далее потексту.РазмещениепроизводстваСПГвАрктическомрегионетребуетнестандартного подхода к проектированию всех технологических процессов.
Припроектировании заводов СПГ необходимо учитывать суровые климатическиеусловия, географическую удаленность и изолированность производственныхобъектов.Особенности арктического климата заключаются в больших сезонныхколебаниях температуры окружающей среды и отрицательных среднегодовыхтемпературах. Так, например, на полуострове Ямал среднегодовая температурасоставляет от минус 5 до минус 10 °С.
Минимальная температура на полуострове,по данным правительства ЯНАО, опускалась до минус 59 °С. [142]На рисунке 3.48 представлен график изменения температуры по месяцам2017 года в пос. Сабетта. [143] Для каждого месяца приведены максимальные иминимальные значения температуры. Восемь месяцев из двенадцати в регионепреобладали отрицательные температуры. В совокупности с сильными ветрами,метелями низкие температуры воздуха усложняют транспортировку персонала наобъект и непосредственно работу персонала на объекте.
С другой стороны,арктический климат имеет неоспоримые преимущества по сравнению стропическим и субтропическим климатом, где расположена бóльшая частьмирового производства СПГ. Понижение температуры окружающего воздухаснижает затраты энергии на сжижение природного газа, независимо от выбраннойтехнологии, и повышает эффективность использования газовых турбин за счетувеличения плотности воздуха.258Рисунок 3.48 – График изменения температуры в пос. Сабеттапо месяцам в 2017 г.(Источник: составлено автором по данным сайта www.gismeteo.ru)Наиболее значительное влияние арктический климат оказывает наподготовку и сжижение газа.3.5.1.1 Выбор технологий подготовки природного газа для арктических регионовАбсорбционные процессы очистки природного газа от кислых компонентовостаютсяэкономическипроизводства СПГ.наиболееэффективнымидлякрупнотоннажногоПри выборе технологий подготовки газа в арктическихусловиях следует учитывать устойчивость аминовых растворителей к низкимтемпературам.
Так, например, первичные амины, такие как дигликольамин (ДГА)и моноэтаноламин (МЭА), адаптированы к применению в холодном климате.Абсорбент ДГА, обладая низкой температурой замерзания раствора – минус 40 °С(при концентрации в растворе 65 %), более эффективен для применения в зимнихусловиях Арктики. Широко используемый в теплом климате монодиэтаноламин259(МДЭА) имеет более высокую температуру замерзания и, следовательно, егоиспользование в холодном климате затруднено. [144]Традиционно после очистки от кислых примесей газ поступает на установкиосушки, где на молекулярных ситах происходит извлечение воды и большинствамеркаптанов.
Если в технологическую линию между установкой извлечениякислых газов и установкой осушки дополнительно встроить установкунизкотемпературной конденсации с использованием холода окружающеговоздуха, то это позволит сконденсировать излишнюю влагу и углеводороды С 4+,что приведет к снижению капитальных и эксплуатационных затрат на установкеосушки, как это показано проведенными исследованиями в разделе 3.3.4.3.5.1.2 Выбор технологий и оборудования для сжижения природного газаПроведенныеаналитическиеисследованиялитературныхисточниковпоказали, что наиболее эффективными крупнотоннажными процессами сжиженияв настоящее время являются процессы с предварительным охлаждениемпропаном или смесевым хладагентом (СХА).
Это технологический процесс AirProducts C3MR™ с предварительным охлаждением пропаном и конденсацией вцикле со смесевым хладагентом и процессы Shell DMR™, Air Products DMR™ иLinde/Statoil MFC (Mixed Fluid Cascade) с использованием смесевых хладагентов вциклах предварительного, основного и переохлаждения. Две из этих технологий –AP-C3MR™ и Shell DMR™ – были выбраны для исследования.
Подробныйанализ и сравнение эффективности технологий AP-C3MR™ и Shell DMR™ варктическихусловияхбылопроведеновработе[140].Проведенныеоптимизационные расчеты процессов сжижения показали, что реализацияпреимуществ холодного климата возможна либо через общее снижениеэнергозатрат (рисунок 3.49), либо через увеличение производительноститехнологических линий СПГ (рисунок 3.50).260Удельные энергозатраты, кВт*час/кг0,290,280,270,260,250,240,230,22-25-18-11-43Температура окружающей среды, 0СC3-MR1017Shell DMRРисунок 3.49 – Зависимость удельных энергетических затрат процессов сжиженияПризвод. технолог.
линий СПГ, тонн/часприродного газа от изменения температуры окружающей среды [140]820800780760740720700680660-25-18-11-431017Температура окружающей среды, 0СC3-MRShell DMRРисунок 3.50 – Зависимость производительности технологических линийсжижения природного газа от изменения температуры окружающей среды [140]261Вариант 1. Так как на арктических заводах СПГ отвод теплоты вхолодильных циклах возможен при очень низких температурах окружающейсреды, независимо от выбранной технологии, то снижается общее количествоциркулирующего хладагента в цикле предварительного охлаждения, что приводитк снижению потребления энергии в компрессорах.Однако, снижение затрат энергии в цикле с пропаном происходит нелинейно (см. рисунок 3.49). Примерно до температуры минус 10 °С снижениеудельных энергозатрат в обоих технологических процессах AP-C3MR™ и ShellDMR™ происходит с одинаковой скоростью.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
