Processo di produzione di GNL

https://www.asiachmical.com/lng-plant/lng-processing-plant.html

1. Classificazione del processo di liquefazione del gas naturale

Allo stato attuale, i tipi di processi di liquefazione del gas naturale sono principalmente suddivisi in base alle loro funzioni e ai metodi di refrigerazione.

(1) In base alle loro funzioni, possono essere suddivisi in unità di liquefazione del carico di base e unità di liquefazione a rasatura di picco. Le unità di GNL su piccola scala appartengono alle unità di liquefazione a rasatura di picco.

(2) Secondo il metodo di refrigerazione, può essere suddiviso in: (1) processo di liquefazione a cascata; (2) processo di liquefazione del refrigerante misto, compreso il preraffreddamento a propano chiuso, aperto, CII, ecc.; (3) processo di liquefazione con espansore, compresa l'espansione del gas naturale, l'espansione dell'azoto, l'espansione dell'azoto-metano, ecc.

Tuttavia, la divisione di cui sopra non è rigorosa e di solito viene adottato un processo composito che include diverse combinazioni di alcune parti dei vari processi di liquefazione sopra descritti e ogni metodo contiene più tipi.

2. Tipi e composizione degli impianti di liquefazione del gas naturale

I tipi di unità di liquefazione del gas naturale comprendono principalmente unità di liquefazione del carico di base, unità di liquefazione a rasatura di picco, unità di stoccaggio e scarico galleggianti di produzione di GNL e terminali di ricezione di GNL e le loro definizioni sono le seguenti.

(1) Impianto di liquefazione a carico di base: si riferisce all'impianto di liquefazione su larga scala prodotto per uso locale o trasporto esterno.

(2) Dispositivo di liquefazione per la rasatura a picco: si riferisce a un dispositivo di liquefazione del gas naturale per il carico di rasatura di picco o per integrare l'approvvigionamento di carburante invernale, di solito liquefacendo e immagazzinando il gas naturale in eccesso durante il carico di picco basso e la ri-vaporizzazione per l'uso in situazioni di picco o di emergenza.

(3) Dispositivo galleggiante di produzione, stoccaggio e scarico di GNL: è un nuovo tipo di dispositivo di liquefazione del gas naturale nei giacimenti di gas marginali e nei giacimenti di gas offshore. È favorito per i suoi vantaggi di basso investimento, breve periodo di costruzione e facile demolizione.

(4) Terminale di ricezione GNL: si riferisce al dispositivo che riceve il GNL trasportato dai vettori GNL dal dispositivo di liquefazione del gas naturale a carico di base, generalmente dotato di un sistema di recupero della liquefazione per il gas di ebollizione del serbatoio del GNL BOG (Boil Off Gas).

L'impianto di liquefazione del gas naturale è generalmente composto da processo di pretrattamento del gas naturale, processo di liquefazione, sistema di stoccaggio, sistema di controllo e sistema di protezione antincendio, tra cui il processo di liquefazione è la parte centrale dell'impianto di liquefazione del gas naturale. Gli impianti di GNL su larga scala generalmente includono diversi set di impianti di liquefazione del gas naturale e ogni set di impianti di liquefazione può avere più linee di produzione. A causa dei diversi scopi di produzione delle diverse unità di liquefazione, ci sono naturalmente grandi differenze nelle loro composizioni specifiche.

3. Metodo di refrigerazione a GNL

La cosiddetta refrigerazione si riferisce all'uso di metodi artificiali per creare una tecnologia a bassa temperatura (al di sotto della temperatura ambiente). I metodi di refrigerazione includono principalmente i seguenti tre.

(1) Utilizzare l'effetto endotermico delle transizioni di fase del materiale (come fusione, evaporazione, sublimazione) per ottenere la refrigerazione. La cosiddetta refrigerazione a vapore si riferisce all'uso dell'evaporazione liquida per ottenere la refrigerazione. La refrigerazione a vapore può essere suddivisa in tre tipi: compressione del vapore (compressione meccanica), iniezione e assorbimento del vapore. Attualmente, la refrigerazione a compressione di vapore viene utilizzata principalmente.

(2) Utilizzare l'effetto di raffreddamento dell'espansione del gas per ottenere la refrigerazione. La refrigerazione ad espansione di gas attualmente utilizza ampiamente la refrigerazione a espansione della turbina e utilizza anche la refrigerazione con valvola a farfalla e la refrigerazione del separatore di calore.

(3) Utilizzare l'effetto termoelettrico dei semiconduttori per ottenere la refrigerazione.

Nel processo di liquefazione del gas naturale, l'evaporazione del liquido e l'espansione del gas sono ampiamente utilizzate per ottenere la refrigerazione. La refrigerazione a strozzatura deve avere un'energia di pressione sufficientemente elevata da poter essere utilizzata e l'efficienza è bassa. Viene generalmente utilizzato in situazioni in cui la pressione del gas grezzo è elevata e la quantità di liquefazione richiesta è piccola.

4. Processo comune di liquefazione del gas naturale

Diversi processi di liquefazione hanno diversi metodi di refrigerazione. Nel processo di liquefazione del gas naturale, il comune processo di liquefazione del gas naturale comprende principalmente il processo di liquefazione a cascata, il processo di liquefazione del refrigerante misto e il processo di liquefazione con espansore e i loro metodi di refrigerazione sono i seguenti.

(1) Processo di liquefazione a cascata

Consiste in diversi cicli di refrigerazione sovrapposti che operano a temperature diverse, in cui le parti ad alta, media e bassa temperatura utilizzano rispettivamente refrigeranti ad alta, media e bassa temperatura. L'evaporazione del refrigerante nella parte ad alta temperatura viene utilizzata per condensare il refrigerante nella parte a bassa temperatura e il refrigerante nella parte a bassa temperatura viene rievaporato per produrre la capacità di raffreddamento e queste parti sono collegate da diversi condensatori evaporativi. Il condensatore evaporativo è sia l'evaporatore della parte ad alta temperatura che il condensatore della parte a bassa temperatura. per il gas naturale

Per la liquefazione, viene utilizzato principalmente un ciclo di refrigerazione a cascata a tre stadi con propano, etilene e metano come refrigeranti.

(2) Processo di liquefazione del refrigerante misto

Il processo si è evoluto dal processo di refrigerazione a cascata alla fine del 1960. Le miscele di idrocarburi (N2, C1, C2, C3, C4, C5) sono utilizzate principalmente come refrigeranti per sostituire più componenti puri nel processo di refrigerazione a cascata e la composizione è determinata in base alla composizione e alla pressione del gas di alimentazione. Sfruttando le caratteristiche dei componenti pesanti nella miscela multicomponente che condensano prima e i componenti leggeri che condensano successivamente, la capacità di raffreddamento di diversi livelli di temperatura può essere ottenuta condensando, separando, strozzando ed evaporando in sequenza, e in base al fatto che il refrigerante misto sia miscelato con il gas naturale grezzo, Esistono due tipi di processi di refrigerazione misti: chiuso e aperto.

(3) Processo di liquefazione con espansore

Il ciclo di refrigerazione ad espansione adotta principalmente il ciclo Reverse-Brayton. In questo ciclo, il fluido di lavoro viene compresso in modo tropicale dal compressore, raffreddato dal refrigeratore, e quindi espanso isentropicamente adiabaticamente nel turboespansore e svolge lavori esterni per ottenere un flusso d'aria a bassa temperatura per produrre energia fredda. Nel processo di liquefazione del gas naturale, la refrigerazione ad espansione adotta principalmente le seguenti quattro forme: refrigerazione ad espansione diretta del gas naturale, refrigerazione ad espansione di azoto, refrigerazione ad espansione mista azoto-metano, ecc.

5. Principio di refrigerazione e caratteristiche del processo di liquefazione con espansore

Il ciclo di espansione si riferisce al processo di realizzazione della liquefazione del gas naturale utilizzando refrigerante ad alta pressione e la refrigerazione a ciclo Claude attraverso l'espansione adiabatica di un turboelatatore. L'attrezzatura chiave è il turboespansore, che ha i vantaggi di un'elevata efficienza isentropica e di un lavoro di espansione recuperabile. Pertanto, questo processo è sempre più favorito dagli impianti di GNL a rasatura di picco con piccola capacità di liquefazione e viene generalmente utilizzato per dispositivi con capacità di liquefazione di 7×104 ~ 70×104m3 / d.

Il principio di base della refrigerazione del processo di liquefazione con un espansore è: il gas si espande e si raffredda nell'espansore durante il lavoro in uscita, che può essere utilizzato per azionare il compressore; quando c'è una differenza di pressione "naturale" tra il gas grezzo che entra nel dispositivo e il gas commerciale che esce dal dispositivo, la liquefazione Il processo non dovrà essere integrato con energia "dal mondo esterno", ma si baserà su differenziali di pressione "naturali" per ottenere il raffreddamento attraverso l'espansore. Secondo diversi refrigeranti, può essere suddiviso in processo di liquefazione a espansione di azoto, processo di liquefazione a espansione mista azoto-metano e processo di liquefazione a espansione diretta del gas naturale.

(1) Processo di liquefazione ad espansione diretta del gas naturale

Questo processo si riferisce al processo di utilizzo diretto del gas naturale ad alta pressione dal giacimento di gas e di espansione adiabatica nell'espansore alla pressione del gasdotto di trasmissione, realizzando così il processo di liquefazione del gas naturale. È particolarmente adatto per le occasioni in cui la pressione della tubazione è elevata, la pressione di esercizio effettiva è bassa e la pressione deve essere ridotta nel mezzo. Poiché il gas naturale che entra nell'espansore non ha bisogno di rimuovere CO2, ma ha solo bisogno di rimuovere CO2 dalla parte liquefatta del gas grezzo, il volume del gas di pretrattamento è notevolmente ridotto. Quando il dispositivo è in normale funzionamento, il gas naturale evaporato dal serbatoio di stoccaggio viene compresso dal compressore del gas di ritorno e quindi restituito al sistema per la liquefazione. Questo processo può far risparmiare i costi di produzione speciale, trasporto e stoccaggio del refrigerante; ha i vantaggi di un processo semplice, attrezzature compatte, piccoli investimenti, regolazione flessibile e funzionamento affidabile. Tuttavia, questo processo di liquefazione non può ottenere la bassa temperatura, il grande volume di gas circolante e il basso tasso di liquefazione come il processo di liquefazione dell'espansione dell'azoto, e le prestazioni di lavoro dell'espansore sono fortemente influenzate dalla pressione e dalla composizione del gas della materia prima e i requisiti di sicurezza del sistema sono relativamente elevati. alto.

(2) Processo di liquefazione ad espansione dell'azoto

È una variante del processo di liquefazione ad espansione diretta, il ciclo di refrigerazione dell'azoto è separato dal circuito di liquefazione del gas naturale e il ciclo di refrigerazione del cloro fornisce capacità fredda per il gas naturale. I suoi vantaggi sono che ha una maggiore adattabilità al cambiamento dei componenti del gas grezzo, una forte capacità di liquefazione, un funzionamento semplice e conveniente dell'intero sistema; La circolazione persistente dell'agente è di circa il 40% più alta.

(3) Processo di liquefazione ad espansione mista azoto-metano

È un miglioramento del processo di liquefazione dell'espansione dell'azoto, che può ridurre la differenza di temperatura dello scambio termico all'estremità fredda. Rispetto al ciclo del refrigerante misto, presenta i vantaggi di un processo semplice, un facile controllo, un breve tempo di avvio e un risparmio dal 10% al 20% del consumo energetico rispetto alla refrigerazione ad espansione di azoto puro.

6. Il principio di funzionamento del turboespansore

Un turboespansore è una macchina termica rotante ad alta velocità. Secondo la legge di conversione e conservazione dell'energia, quando il gas svolge un lavoro esterno durante l'espansione adiabatica nel turboespansore, la sua energia sarà ridotta e allo stesso tempo verrà generata una certa caduta di entalpia, riducendo così la temperatura del gas stesso e creando le condizioni per la liquefazione del gas.

Un turboespansore è in realtà l'azione inversa di un compressore centrifugo. Il compressore centrifugo è azionato da un motore elettrico per aumentare la pressione del gas, che consuma energia. Il turboespansore utilizza il flusso d'aria ad alta velocità generato dall'espansione del gas ad alta pressione per impattare sulla girante di lavoro del turboespansore, in modo che la girante ruoti ad alta velocità. La girante rotante ad alta velocità può generare una certa quantità di energia e quindi eseguire lavori esterni. Allo stesso tempo, sia la temperatura che la pressione del gas espanso cadono. In altre parole, il turboespansore utilizza il cambio di velocità del mezzo per convertire l'energia, che non solo può fornire capacità di raffreddamento per il dispositivo di liquefazione, ma anche il lavoro generato dall'espansione può essere utilizzato per azionare apparecchiature come compressori o generatori, riducendo l'unità di GNL. consumo volumetrico di energia.