https://www.asachmical.com/lng-plant/lng-processing-plant.html
1. Maakaasun nesteytysprosessin luokitus
Tällä hetkellä maakaasun nesteytysprosessien tyypit jaetaan pääasiassa niiden toimintojen ja jäähdytysmenetelmien perusteella.
(1) Toimintojensa mukaan ne voidaan jakaa peruskuorman nesteytysyksiköihin ja huippu-ajoneuvotuksiin. Pienet nesteytetyn maakaasun yksiköt kuuluvat piikin nesteytysyksiköihin.
(2) Jäähdytysmenetelmän mukaan se voidaan jakaa: ① kaskadin nesteytysprosessiin; ② sekoitettu kylmäaineen nesteytysprosessi, mukaan lukien suljettu, avoin, propaani esijäähdytys, CII jne.; ③ nesteytysprosessi paisuntalaitteella, mukaan lukien maakaasun paisunta, typen paisunta, typpi-metaanilaajennus jne.
Yllä oleva jako ei kuitenkaan ole tiukka, ja yleensä käytetään yhdistelmäprosessia, joka sisältää erilaisia yhdistelmiä edellä kuvattujen erilaisten nesteytysprosessien tietyistä osista, ja jokainen menetelmä sisältää useita tyyppejä.
2. Maakaasun nesteytyslaitosten tyypit ja koostumus
Maakaasun nesteytysyksiköiden tyyppejä ovat pääasiassa peruskuorman nesteytysyksiköt, huippukuorman nesteytysyksiköt, kelluvat LNG-tuotannon varasto- ja purkuyksiköt sekä LNG:n vastaanottoterminaalit, ja niiden määritelmät ovat seuraavat.
(1) Peruskuorman nesteytyslaitos: laajamittaista nesteytyslaitosta, joka on valmistettu paikalliseen käyttöön tai ulkoiseen kuljetukseen.
(2) Peak-shaving nesteytyslaite: viittaa maakaasun nesteytyslaitteeseen, joka on tarkoitettu ajohuippukuormitukseen tai täydentämään talven polttoaineen saantia ja joka yleensä nesteyttää ja varastoi ylimääräistä maakaasua matalahuippujen aikana ja höyrystää uudelleen käytettäväksi ruuhka- tai hätätilanteessa. tilanteita.
(3) Kelluva LNG:n tuotanto-, varastointi- ja purkulaite: Se on uudentyyppinen maakaasun nesteytyslaite marginaalisilla kaasukentillä ja offshore-kaasukentillä. Sitä suositaan sen edun vuoksi, että se on pieni investointi, lyhyt rakennusaika ja helppo purkaminen.
(4) LNG:n vastaanottoterminaali: tarkoittaa laitetta, joka vastaanottaa LNG-alusten kuljettaman LNG:n peruskuorman maakaasun nesteytyslaitteesta, joka on yleensä varustettu nesteytyksen talteenottojärjestelmällä LNG-säiliön päällä kiehuvaa kaasua varten BOG (Boil Off Gas).
Maakaasun nesteytyslaitos koostuu yleensä maakaasun esikäsittelyprosessista, nesteytysprosessista, varastojärjestelmästä, ohjausjärjestelmästä ja palontorjuntajärjestelmästä, joista nesteytysprosessi on maakaasun nesteytyslaitoksen ydinosa. Suuret LNG-laitokset sisältävät yleensä useita maakaasun nesteytyslaitoksia, ja jokaisella nesteytyslaitossarjalla voi olla useita tuotantolinjoja. Eri nesteytysyksiköiden erilaisista tuotantotarkoituksista johtuen niiden koostumuksissa on luonnollisesti suuria eroja.
3. LNG-jäähdytysmenetelmä
Niin kutsutulla jäähdytyksellä tarkoitetaan keinotekoisten menetelmien käyttöä matalan lämpötilan (ympäristön lämpötilan alapuolella) teknologian luomiseksi. Jäähdytysmenetelmät sisältävät pääasiassa seuraavat kolme.
(1) Käytä materiaalin faasisiirtymien endotermistä vaikutusta (kuten sulatus, haihdutus, sublimaatio) jäähdytyksen saavuttamiseksi. Ns. höyryjäähdytyksellä tarkoitetaan nesteen haihduttamisen käyttöä jäähdytyksen aikaansaamiseksi. Höyryjäähdytys voidaan jakaa kolmeen tyyppiin: höyryn puristus (mekaaninen puristus), höyryn ruiskutus ja absorptio. Tällä hetkellä käytetään enimmäkseen höyrykompressiojäähdytystä.
(2) Käytä kaasun laajenemisen jäähdytysvaikutusta jäähdytyksen saavuttamiseksi. Kaasun paisuntajäähdytyksessä käytetään tällä hetkellä laajalti turbiinin paisuntajäähdytystä, ja se käyttää myös kuristusventtiilin jäähdytystä ja lämmönerottimen jäähdytystä.
(3) Käytä puolijohteiden lämpösähköistä vaikutusta jäähdytyksen saavuttamiseen.
Maakaasun nesteytysprosessissa nesteen haihdutusta ja kaasun paisuttamista käytetään laajalti jäähdytyksen saavuttamiseksi. Kuristusjäähdytyksen paineenergian on oltava riittävän korkea käytettäväksi, ja hyötysuhde on alhainen. Sitä käytetään yleensä tilanteissa, joissa raakakaasun paine on korkea ja tarvittava nesteytysmäärä on pieni.
4. Yleinen maakaasun nesteytysprosessi
Eri nesteytysprosesseilla on erilaiset jäähdytysmenetelmät. Maakaasun nesteytysprosessissa yleinen maakaasun nesteytysprosessi sisältää pääasiassa kaskadinesteytysprosessin, sekakylmäaineen nesteytysprosessin ja nesteytysprosessin paisuntalaitteella, ja niiden jäähdytysmenetelmät ovat seuraavat.
(1) Kaskadinesteytysprosessi
Se koostuu useista päällekkäisistä eri lämpötiloissa toimivista jäähdytysjaksoista, joissa korkean, keskitason ja matalan lämpötilan osat käyttävät korkean, keskitason ja matalan lämpötilan kylmäaineita. Korkean lämpötilan osan kylmäaineen haihdutusta käytetään kylmäaineen lauhduttamiseen matalan lämpötilan osassa, ja matalan lämpötilan osan kylmäaine haihdutetaan uudelleen jäähdytyskapasiteetin tuottamiseksi, ja nämä osat on yhdistetty useilla haihdutuslauhduttimilla. Haihdutuslauhdutin on sekä korkean lämpötilan osan että matalan lämpötilan osan lauhdutin. maakaasulle
Nesteyttämiseen käytetään enimmäkseen kolmivaiheista kaskadijäähdytyssykliä, jossa kylmäaineina käytetään propaania, eteeniä ja metaania.
(2) Sekakylmäaineen nesteytysprosessi
Prosessi kehitettiin kaskadijäähdytysprosessista 1960-luvun lopulla. Hiilivetyseoksia (N2, C1, C2, C3, C4, C5) käytetään useimmiten kylmäaineina korvaamaan useita puhtaita komponentteja kaskadijäähdytysprosessissa, ja koostumus määräytyy syöttökaasun koostumuksen ja paineen mukaan. Hyödyntämällä ensin tiivistyvien monikomponenttiseoksen raskaiden komponenttien ja myöhemmin kondensoituvien kevyiden komponenttien ominaisuuksia, voidaan saavuttaa eri lämpötilatasojen jäähdytyskapasiteettia peräkkäin kondensoimalla, erottamalla, kuristamalla ja haihduttamalla ja sen mukaan, onko sekoitettu kylmäaine sekoitetaan raakamaakaasuun. On olemassa kahdenlaisia sekoitettuja jäähdytysprosesseja: suljettu ja avoin.
(3) Nesteytysprosessi ekspanderilla
Paisuntajäähdytyssykli käyttää enimmäkseen Reverse-Brayton-sykliä. Tässä syklissä työneste puristetaan isentrooppisesti kompressorilla, jäähdytetään jäähdyttimellä ja laajennetaan sitten isentrooppisesti adiabaattisesti turbopaisuttimessa ja tekee ulkoista työtä saadakseen matalan lämpötilan ilmavirran kylmän energian tuottamiseksi. Maakaasun nesteytysprosessissa paisuntajäähdytys käyttää pääasiassa seuraavia neljää muotoa: maakaasun suora paisuntajäähdytys, typen paisuntajäähdytys, typpi-metaani sekoitettu paisuntajäähdytys jne.
5. Jäähdytysperiaate ja nesteytysprosessin ominaisuudet paisuttimella
Expander Cycle viittaa prosessiin, jossa toteutetaan maakaasun nesteyttäminen käyttämällä korkeapaineista kylmäainetta ja Claude-kiertojäähdytystä turbopaisunnolla adiabaattisen laajennuksen avulla. Keskeisin varuste on turboexpander, jonka etuna on korkea isentrooppinen hyötysuhde ja talteen otettava paisuntatyö. Siksi tätä prosessia suosivat yhä enemmän nesteytetyn maakaasun huippukuormituslaitokset, joilla on pieni nesteytyskapasiteetti, ja sitä käytetään yleensä laitteissa, joiden nesteytyskapasiteetti on 7 × 104-70 × 104 m3/d.
Ekspanderilla tapahtuvan nesteytysprosessin jäähdytyksen perusperiaate on: kaasu laajenee ja jäähtyy paisuttimessa samalla kun se tuottaa työtä, jota voidaan käyttää kompressorin ohjaamiseen; kun laitteeseen tulevan raakakaasun ja laitteesta poistuvan kaupallisen kaasun välillä on "luonnollinen" paine-ero, nesteytys Prosessia ei tarvitse täydentää "ulkomaailmasta tulevalla" energialla, vaan se perustuu "luonnolliseen" paine-erot jäähdytyksen saavuttamiseksi laajentimen kautta. Eri kylmäaineiden mukaan se voidaan jakaa typen paisuntanesteytysprosessiin, typpi-metaanisekoitettuun paisuntanesteytysprosessiin ja maakaasun suoralaajenemisnesteytysprosessiin.
(1) Maakaasun suora paisuntanesteytysprosessi
Tämä prosessi tarkoittaa prosessia, jossa kaasukentältä peräisin oleva korkeapaineinen maakaasu hyödynnetään suoraan ja laajennetaan adiabaattisesti laajentimessa siirtoputken paineeseen, jolloin toteutetaan maakaasun nesteytysprosessi. Se sopii erityisen hyvin tilanteisiin, joissa putkilinjan paine on korkea, todellinen käyttöpaine on alhainen ja painetta on alennettava keskellä. Koska laajentimeen tulevan maakaasun ei tarvitse poistaa CO2:ta, vaan sen on poistettava vain CO2 raakakaasun nesteytetystä osasta, esikäsittelykaasun tilavuus pienenee huomattavasti. Kun laite on normaalissa käytössä, varastosäiliöstä haihtunut maakaasu puristetaan paluukaasukompressorilla ja palautetaan sitten takaisin järjestelmään nesteyttämistä varten. Tämä prosessi voi säästää kylmäaineen erityistuotannon, kuljetuksen ja varastoinnin kustannuksia; sen etuna on yksinkertainen prosessi, kompaktit laitteet, pienet investoinnit, joustava säätö ja luotettava toiminta. Tämä nesteytysprosessi ei kuitenkaan voi saavuttaa matalaa lämpötilaa, suurta kiertävän kaasun tilavuutta ja alhaista nesteytysnopeutta typen paisuntanesteytysprosessina, ja laajentimen toimintakykyyn vaikuttavat suuresti raaka-ainekaasun paine ja koostumus sekä turvallisuus. järjestelmän vaatimukset ovat suhteellisen korkeat. korkea.
(2) Typen paisuntanesteytysprosessi
Se on muunnelma suoran paisuntanesteytysprosessista, typen jäähdytyskierto on erotettu maakaasun nesteytyspiiristä ja kloorin jäähdytyssykli tarjoaa kylmäkapasiteettia maakaasulle. Sen etuja ovat, että sillä on parempi sopeutumiskyky raakakaasukomponenttien muutokseen, vahva nesteytyskapasiteetti, koko järjestelmän yksinkertainen ja kätevä käyttö; Viipyvien aineiden kierto on noin 40 prosenttia suurempi.
(3) Typpi-metaanin sekoitettu paisuntanesteytysprosessi
Se on parannus typen paisuntanesteytysprosessiin, joka voi vähentää lämmönvaihdon lämpötilaeroa kylmässä päässä. Sekoitettuun kylmäainekiertoon verrattuna sen etuna on yksinkertainen prosessi, helppo ohjaus, lyhyt käynnistysaika ja 10–20 prosentin virrankulutussäästö verrattuna puhtaaseen typen paisuntajäähdytykseen.
6. Turboexpanderin toimintaperiaate
Turboexpander on suurella nopeudella pyörivä lämpökone. Energian muuntamisen ja säilymisen lain mukaan, kun kaasu tekee ulkoista työtä adiabaattisen laajenemisen aikana turbopaisutimessa, sen energia vähenee ja samalla syntyy tietty entalpiapudotus, mikä alentaa itse kaasun lämpötilaa. ja olosuhteiden luominen kaasun nesteyttämiselle.
Turboexpander on itse asiassa keskipakokompressorin käänteinen toiminta. Keskipakokompressoria käyttää sähkömoottori, joka lisää tehoa kuluttavan kaasun painetta. Turbohöyrystin käyttää korkeapaineisen kaasun laajenemisen synnyttämää nopeaa ilmavirtaa törmätäkseen turbohöyrystimen työpyörään, jolloin siipipyörä pyörii suurella nopeudella. Nopeasti pyörivä juoksupyörä voi tuottaa tietyn määrän tehoa ja tehdä sitten ulkoista työtä. Samalla sekä paisuneen kaasun lämpötila että paine laskevat. Toisin sanoen turbohöyrystin käyttää väliaineen nopeuden muutosta energian muuntamiseen, mikä ei voi tarjota vain nesteytyslaitteen jäähdytyskapasiteettia, vaan myös paisuntatyötä voidaan käyttää laitteiden, kuten kompressorien tai generaattoreiden, ohjaamiseen, mikä vähentää LNG:n yksikkö. tilavuusenergiankulutus.
