Тема 3 1 2 3 4 Технологии

* Тема 3 1. 2. 3. 4. Технологии крупнотоннажного производства СПГ Состав, свойства компонентов природного газа Основные принципы охлаждения Циклы крупных установок производства СПГ Оборудование установок СПГ

Природный газ – смесь углеводородов природного происхождения Характерные температуры компонентов природного газа

Свойства природного газа (осредненные) Кривая охлаждения природного газа

Циклы охлаждения с помощью внешнего хладагента Одноступенчатый цикл Двухступенчатый цикл Природный газ

Каскадные циклы охлаждения с помощью нескольких внешних хладагентов

Трехкаскадная установка с тремя ступенями на каждом каскаде

Классический каскадный цикл на 3 -х рабочих веществах Преимущества: простота, хорошая изученность, высокая эффективность Недостатки: громоздкая схема, большая протяженность трубопроводов, необходимость в многопоточных теплообменных аппаратах, потребность в этилене По данному циклу спроктированы первые крупные заводы СПГ в Алжире, г. Арзев (1964 -65 г. ), в США на Аляске г. Кенай (1969 г. ) Т=-101°С p=45 бар Т=-37°С Блок очистки Т=-154°С P=1, 5 бар

Описание классического каскадного цикла Установка содержит 3 каскада – пропановый, этиленовый и метановый. Верхний каскад- пропановый цикл, пропан сжимается до давления 1, 3 МПа, охлаждается и конденсируется внешней средой (воздухом) при T= 37°С. Затем дросселируется до давления 0, 75 МПа, кипит в первой секции испарителя при +16°С. Второе и третье дросселирования происходят до давлений 0, 42 и 0, 12 МПа, температурные уровни -37°С соответственно. Нагрузка на этот каскад наибольшая т. к. пропан охлаждает и конденсирует этилен, охлаждает метан и целевой продукт – природный газ. Применяются крупные осевые турбокомпрессоры. Средний каскад – этиленовый цикл, после сжатия до 2, 1 МПа, охлаждения воздухом до +37° и пропаном до -31°С этилен конденсируется и расширяется на 4 ступенях давлений: 1, 0 МПа (-51°С); 0, 5 МПа (-71°С); 0, 25 МПа (-86°С) и 0, 11 МПа (-101°С). Нижний, третий каскад – метановый цикл, сжатие идет до давления 3, 4 МПа, охлаждается воздухом, пропаном (-35°С), этиленом (-96°С) конденсируется и расширяется на трех ступенях давлений: 1, 2 МПа (-120°С); 0, 38 МПа(-141°С); 0, 15 МПа (-154°С). Разбивка каждого цикла на несколько ступеней уменьшило разность температур между охлаждаемым природным газом и хладагентом, что повысило его термодинамическую эффективность.

Оптимизированный каскадный процесс Conoco. Philips Улучшенный вариант классического каскадного процесса, впервые внедрен при реконструкции завода на Аляске в 1974 г, также применяется в строящихся заводах СПГ. Оптимизации подвергся нижний каскад на метане, где применен принцип избыточного обратного потока, т. е. холодные пары СПГ, образующиеся при конечном дросселировании отводятся в метановый цикл, где создают дополнительную холодопроизводительность, также к ним присоединяются пары из танков хранения и танков перевозчика.

Отводимый пар СН 4 Нагнетатель паров

Оптимизированный каскадный процесс Conoco. Philips

Применен принцип – «две технологические линии в одной» – дублируется самое необходимое и менее надежное оборудование. В качестве привода компрессоров применяются газовые турбины. Теплообменное оборудование не дублируется. Применяются ребристо-пластинчатые теплообменники, объединенные в группами в холодные блоки (coldboxes). Многопоточный ребристо-пластинчатый теплообменник (4 потока)

Процесс TEALARC с одним уровнем давления и одним смесевым хладагентом (СХА) СХА: смесь бутан, пропан, этан, метан, азот Область применения: небольшие установки для покрытия пиковых нагрузок газопотребления

Процесс TEALARC с двумя уровнями давлений 3, 8 МПа -56°С -125 °С -153 °С 0, 2 МПа -163°С Основной холодильный цикл на СХА-1 (2 ступени сжатия до 3, 4 МПа) Вспомогательный холодильный цикл на СХА-2 3 ступени сжатия с 3 -мя ступенями дросселирования Область применения: крупнотоннажное производство в Скикде 1972 г, в настоящее время вытеснен другими циклами на СХА, имеющими меньшее количество и номенклатуру оборудования.

Процесс APCI SMR (Single Mixed Refrigerant) Один из первых процессов, примененных компанией Air Products & Chemical Inc на СХА для крупнотоннажного пр-ва СПГ в Ливии 1970 г. СХА: смесь n-бутан, пропан, этан, метан, азот + : малое количество оборудования; простота -: более низкая энергетическая эффективность из-за возникающей большой разности температур между ПГ и СХА Main cryogenic heat exchanger (MCHE)

Процесс APCI С 3 MR (Propane Precooling Mixed Refrigerant Process) Процесс используется в 80% установок крупнотоннажного пр-ва СПГ (с модификациями). Включает 2 цикла охлаждения: 1. Цикл предварительного охлаждения, использует пропан (С 3) для ступенчатого охлаждения основного СХА и ПГ до -38°С; 2. Основной цикл охлаждения на СХА. (MCHE) Фракционирование С 3, С 4+ 67 бар Многокорпусной турбокомпрессор

Процесс APCI С 3 MR/SPLITMR (модификация привода турбокомпрессоров) Процесс APCI C 3 MR 1. Линия ГТД - пропановый компрессор 2. Линия ГТД – три корпуса сжатия СХА недогруз ГТД первой линии и перегруз второй Процесс APCI C 3 MR/SPLITMR 1. Линия ГТД - пропановый компрессор+ корпус высокого давления 2. Линия ГТД – два корпуса сжатия СХА Равномерная загрузка ГТД

Процесс APCI AP-X Азотный газовый цикл

Процесс Shell DMR