https://www.asiachmical.com/lng-plant/lng-processing-plant.html
1. Classificatie van het proces voor het vloeibaar maken van aardgas
Op dit moment zijn de soorten aardgasliquefactieprocessen voornamelijk verdeeld op basis van hun functies en koelmethoden.
(1) Afhankelijk van hun functies kunnen ze worden onderverdeeld in basisladingsliquefactie-eenheden en piekscherende liquefactie-eenheden. Kleinschalige LNG-units behoren tot peak-shaving liquefaction units.
(2) Volgens de koelmethode kan het worden onderverdeeld in: (1) cascadeliquefactieproces; (2) gemengd vloeibaarmakingsproces voor koudemiddelen, met inbegrip van gesloten, open, propaanvoorkoeling, CII, enz.; (3) liquefactieproces met expander, inclusief aardgasexpansie, stikstofexpansie, stikstof-methaanexpansie, enz.
De bovenstaande verdeling is echter niet strikt en er wordt meestal een samengesteld proces aangenomen dat verschillende combinaties van bepaalde delen van de verschillende liquefactieprocessen omvat die hierboven zijn beschreven, en elke methode bevat meerdere typen.
2. Soorten en samenstelling van installaties voor het vloeibaar maken van aardgas
De soorten liquefactie-eenheden voor aardgas omvatten voornamelijk eenheden voor het vloeibaar maken van basislasten, liquefactie-eenheden voor het scheren van pieken, opslag- en loseenheden voor drijvende LNG-productie en LNG-ontvangstterminals, en hun definities zijn als volgt.
(1) Installatie voor het vloeibaar maken van basisbelasting: verwijst naar de grootschalige liquefactie-installatie die wordt geproduceerd voor lokaal gebruik of extern transport.
(2) Liquefactie voor het scheren van pieken: verwijst naar een apparaat voor het vloeibaar maken van aardgas voor het scheren van piekbelasting of ter aanvulling van de brandstoftoevoer in de winter, meestal het vloeibaar maken en opslaan van overtollig aardgas tijdens lage piekbelasting en het opnieuw verdampen voor gebruik in piek- of noodsituaties.
(3) Drijvende LNG-productie-, opslag- en losapparatuur: het is een nieuw type apparaat voor het vloeibaar maken van aardgas in marginale gasvelden en offshore gasvelden. Het heeft de voorkeur vanwege de voordelen van lage investeringen, korte bouwperiode en eenvoudige sloop.
(4) LNG-ontvangstterminal: verwijst naar de inrichting die het door LNG-schepen vervoerde LNG ontvangt van de basislading aardgasliquefactie-inrichting, die over het algemeen is uitgerust met een liquefactieterugwinningssysteem voor LNG-tanktop boil-off gas BOG (Boil Off Gas).
Aardgasliquefactie-installatie bestaat over het algemeen uit een voorbehandelingsproces voor aardgas, liquefactieproces, opslagsysteem, besturingssysteem en brandbeveiligingssysteem, waaronder het vloeibaarmakingsproces het kernonderdeel is van de aardgasliquefactie-installatie. Grootschalige LNG-installaties omvatten over het algemeen verschillende sets installaties voor het vloeibaar maken van aardgas, en elke set liquefactie-installaties kan meerdere productielijnen hebben. Vanwege de verschillende productiedoeleinden van verschillende liquefactie-eenheden zijn er natuurlijk grote verschillen in hun specifieke samenstellingen.
3. LNG-koelmethode
De zogenaamde koeling verwijst naar het gebruik van kunstmatige methoden om lage temperatuur (onder de omgevingstemperatuur) technologie te creëren. Koelmethoden omvatten voornamelijk de volgende drie.
(1) Gebruik het endotherme effect van materiaalfaseovergangen (zoals smelten, verdampen, sublimatie) om koeling te bereiken. De zogenaamde dampkoeling verwijst naar het gebruik van vloeibare verdamping om koeling te bereiken. Dampkoeling kan worden onderverdeeld in drie soorten: dampcompressie (mechanische compressie), dampinjectie en absorptie. Op dit moment wordt meestal dampcompressiekoeling gebruikt.
(2) Gebruik het koeleffect van gasuitzetting om koeling te bereiken. Gasexpansiekoeling maakt momenteel op grote schaal gebruik van turbine-expansiekoeling en maakt ook gebruik van gasklepkoeling en koeling van warmteafscheiders.
(3) Gebruik het thermo-elektrische effect van halfgeleiders om koeling te bereiken.
In het proces van het vloeibaar maken van aardgas worden vloeibare verdamping en gasexpansie veel gebruikt om koeling te bereiken. Throttling-koeling moet een voldoende hoge drukenergie hebben om te worden gebruikt en het rendement is laag. Het wordt over het algemeen gebruikt in situaties waarin de druk van het ruwe gas hoog is en de hoeveelheid vloeibaarmaking die nodig is klein is.
4. Gemeenschappelijk proces voor het vloeibaar maken van aardgas
Verschillende liquefactieprocessen hebben verschillende koelmethoden. In het proces van het vloeibaar maken van aardgas omvat het gemeenschappelijke proces voor het vloeibaar maken van aardgas voornamelijk cascade-liquefactieproces, gemengd vloeibaarmakingsproces voor koelmiddelen en liquefactieproces met expander, en hun koelmethoden zijn als volgt.
(1) Cascadeliquefactieproces
Het bestaat uit verschillende overlappende koelcycli die bij verschillende temperaturen werken, waarbij de hoge, gemiddelde en lage temperatuur onderdelen respectievelijk koudemiddelen met hoge, gemiddelde en lage temperatuur gebruiken. De verdamping van het koudemiddel in het hoge temperatuurgedeelte wordt gebruikt om het koelmiddel in het lagetemperatuurgedeelte te condenseren en het koelmiddel in het lagetemperatuurgedeelte wordt opnieuw verdampt om de koelcapaciteit uit te voeren, en deze delen zijn verbonden door verschillende verdampingscondensors. De verdampingscondensor is zowel de verdamper van het hoge temperatuurdeel als de condensor van het lage temperatuurdeel. voor aardgas
Voor liquefactie wordt meestal een drietraps cascadekoelcyclus met propaan, ethyleen en methaan als koelmiddel gebruikt.
(2) Gemengd vloeibaarmakingsproces voor koudemiddelen
Het proces werd ontwikkeld uit het cascadekoelingsproces in de late jaren 1960. Koolwaterstofmengsels (N2, C1, C2, C3, C4, C5) worden meestal gebruikt als koelmiddel om meerdere zuivere componenten in het cascadekoelproces te vervangen en de samenstelling wordt bepaald op basis van de samenstelling en druk van het voedingsgas. Gebruikmakend van de kenmerken van de zware componenten in het meercomponentenmengsel dat eerst condenseert en de lichte componenten die later condenseren, kan de koelcapaciteit van verschillende temperatuurniveaus worden verkregen door sequentieel te condenseren, scheiden, afknijpen en verdampen, en afhankelijk van of het gemengde koelmiddel wordt gemengd met het ruwe aardgas, Er zijn twee soorten gemengde koelprocessen: gesloten en open.
(3) Liquefactieproces met expander
De expansiekoelcyclus neemt meestal de Reverse-Brayton-cyclus over. In deze cyclus wordt de werkvloeistof enentropisch gecomprimeerd door de compressor, gekoeld door de koeler en vervolgens adiabatisch geëxpandeerd in de turboexpander en doet extern werk om lage temperatuur luchtstroom te verkrijgen om koude energie te produceren. In het proces van aardgasliquefactie neemt expansiekoeling voornamelijk de volgende vier vormen aan: aardgas directe expansiekoeling, stikstofexpansiekoeling, stikstof-methaan gemengde expansiekoeling, enz.
5. Koelprincipe en kenmerken van het vloeibaarmakingsproces met expander
Expander Cycle verwijst naar het proces van het realiseren van aardgasliquefactie door gebruik te maken van hogedrukkoelmiddel en Claude-cycluskoeling door adiabatische expansie van een turbo-expander. De belangrijkste uitrusting is de turboexpander, die de voordelen heeft van een hoge isentrope efficiëntie en herstelbaar expansiewerk. Daarom wordt dit proces meer en meer begunstigd door LNG-installaties met een kleine liquefactiecapaciteit en wordt het over het algemeen gebruikt voor apparaten met een liquefactiecapaciteit van 7×104 ~ 70×104m3 / d.
Het basisprincipe van het vloeibaar maken van proceskoeling met een expander is: het gas zet uit en koelt af in de expander tijdens het uitvoeren van werk, dat kan worden gebruikt om de compressor aan te drijven; wanneer er een "natuurlijk" drukverschil is tussen het ruwe gas dat het apparaat binnenkomt en het commerciële gas dat het apparaat verlaat, de liquefactie Het proces hoeft niet te worden aangevuld met energie "van de buitenwereld", maar zal vertrouwen op "natuurlijke" drukverschillen om koeling door de expander te bereiken. Volgens verschillende koelmiddelen kan het worden onderverdeeld in stikstofexpansie liquefactieproces, stikstof-methaan gemengd expansie liquefactieproces en aardgas directe expansie liquefactie proces.
(1) Proces van directe expansie van aardgas
Dit proces verwijst naar het proces van direct gebruik van het hogedruk aardgas uit het gasveld en het adiabatisch uitbreiden in de expander tot de druk van de transmissiepijpleiding, waardoor het proces van aardgas vloeibaarmaking wordt gerealiseerd. Het is vooral geschikt voor gelegenheden waar de leidingdruk hoog is, de werkelijke werkdruk laag is en de druk in het midden moet worden verlaagd. Omdat het aardgas dat de expander binnenkomt geen CO2 hoeft te verwijderen, maar alleen CO2 uit het vloeibaar gemaakte deel van het ruwe gas hoeft te verwijderen, wordt het volume van het voorbehandelingsgas sterk verminderd. Wanneer het apparaat normaal werkt, wordt het aardgas dat uit de opslagtank is verdampt, gecomprimeerd door de retourgascompressor en vervolgens teruggebracht naar het systeem voor liquefactie. Dit proces kan de kosten van speciale productie, transport en opslag van koudemiddel besparen; het heeft de voordelen van een eenvoudig proces, compacte apparatuur, kleine investering, flexibele aanpassing en betrouwbare werking. Dit liquefactieproces kan echter niet de lage temperatuur, het grote circulerende gasvolume en de lage liquefactiesnelheid verkrijgen als het stikstofexpansie-liquefactieproces, en de werkprestaties van de expander worden sterk beïnvloed door de druk en samenstelling van het grondstofgas en de veiligheidseisen van het systeem zijn relatief hoog. hoog.
(2) Stikstof expansie liquefactie proces
Het is een variant van het directe expansieliquefactieproces, de stikstofkoelcyclus is gescheiden van het aardgasliquefactiecircuit en de chloorkoelcyclus biedt koudecapaciteit voor het aardgas. De voordelen zijn dat het een groter aanpassingsvermogen heeft aan de verandering van ruwe gascomponenten, een sterke liquefactiecapaciteit, eenvoudige en handige bediening van het hele systeem; De circulatie van slepende middelen is ongeveer 40% hoger.
(3) Stikstof-methaan gemengd expansie vloeibaarmakingsproces
Het is een verbetering van het stikstofexpansieliquefactieproces, dat het temperatuurverschil tussen warmtewisseling aan de koude kant kan verminderen. In vergelijking met de gemengde koelmiddelcyclus heeft het de voordelen van een eenvoudig proces, eenvoudige bediening, korte opstarttijd en een besparing van 10% tot 20% van het stroomverbruik in vergelijking met pure stikstofexpansiekoeling.
6. Het werkingsprincipe van de turboexpander
Een turboexpander is een snel roterende thermische machine. Volgens de wet van energieconversie en -behoud, wanneer het gas extern werk doet tijdens adiabatische expansie in de turboexpander, zal de energie ervan worden verminderd en zal tegelijkertijd een bepaalde enthalpiedaling worden gegenereerd, waardoor de temperatuur van het gas zelf wordt verlaagd en voorwaarden worden gecreëerd voor de vloeibaarmaking van het gas.
Een turboexpander is eigenlijk de omgekeerde werking van een centrifugaalcompressor. De centrifugaalcompressor wordt aangedreven door een elektromotor om de druk van het gas te verhogen, wat stroom verbruikt. De turboexpander gebruikt de snelle luchtstroom die wordt gegenereerd door de uitzetting van hogedrukgas om de werkende waaier van de turboexpander te beïnvloeden, zodat de waaier met een hoge snelheid roteert. De snel roterende waaier kan een bepaalde hoeveelheid vermogen genereren en vervolgens extern werk doen. Tegelijkertijd dalen zowel de temperatuur als de druk van het geëxpandeerde gas. Met andere woorden, de turboexpander gebruikt de snelheidsverandering van het medium om energie om te zetten, wat niet alleen koelcapaciteit voor het liquefactie-apparaat kan bieden, maar ook het werk dat door de expansie wordt gegenereerd, kan worden gebruikt om apparatuur zoals compressoren of generatoren aan te drijven, waardoor de eenheid LNG wordt verminderd. volumetrisch energieverbruik.
