Циклы для получения сжиженного природного газа

Максим Талызин
СПГ сгущенка прикол

Сжиженный природный газ (СПГ) представляет собой природный газ, переведенный в жидкое состояние охлаждением до температуры -161,5°С.

Природный газ является одним из лучших энергоносителей, поскольку при его сгорании выделяется меньше вредных выбросов, а основной компонент, метан, позволяет снизить удельный расход топлива приблизительно на 13%.

Поскольку удельный объем природного газа в жидкой фазе меньше приблизительно в 600 раз удельного объема в газовой фазе, создается возможность крупнотоннажной транспортировки газа в сжиженном состоянии на большие расстояния морским, автомобильным, железнодорожным транспортом, а также создания резервных запасов в резервуарах - хранилищах для покрытия пиковых нагрузок и неравномерностей потребления.

При производстве СПГ применяются следующие термодинамические циклы:

  1. Классический каскадный цикл на 3-х рабочих веществах.

  2. Однопоточный цикл на многокомпонентном хладагенте с одним и двумя контурами (цикл А.П. Клименко).

  3. Детандерный цикл с использованием перепада давления на газоредуцирующих станциях (ГРС).

  4. Дроссельный цикл с использованием перепада давления на ГРС.

  5. Цикл с использованием жидкого азота из ВРУ.

Классический каскадный цикл (рис. 1) включает три ветви каскада:

  • в верхней ветви каскада используется пропан в качестве хладагента;

  • в средней ветви каскада используется этилен;

  • в нижней – метан.

Природный газ при давлении 45 бар проходит блок очистки и поступает в теплообменник верхней ветви каскада, где охлаждается до температуры минус 37° за счет отбора теплоты при кипении пропана.

После этого природный газ поступает в блок ректификации, далее природный газ охлаждается в теплообменнике средней ветви каскада до температуры минус 100°С, а после этого в теплообменнике нижней ветви переходит в жидкое состояние при давлении 1,2 бар и температуре минус 160°.

Сжиженный природный газ поступает в ресивер, откуда насосом СПГ подается в хранилище, а пары метана откачиваются компрессором.

В верхней ветви каскада применяется многопоточный теплообменник – в испарителе за счет кипения пропана происходит отвод теплоты от природного газа, конденсация этилена средней ветви каскада, конденсация паров метана нижней ветви каскада.

В теплообменнике средней ветви каскада происходит охлаждение природного газа и конденсация метана за счет кипения этилена (хладагент средней ветви каскада).

В теплообменнике нижней ветви каскада происходит конденсации природного газа за счет кипения метана.

Классический каскадный цикл для получения сжиженного природного газа

Рисунок 1. Классический каскадный цикл для получения сжиженного природного газа

К преимуществам данного цикла относятся:

  • простота;

  • хорошая изученность;

  • высокая эффективность.

Недостатками являются:

  • громоздкая схема;

  • большая протяженность трубопроводов;

  • необходимость в многопоточных теплообменных аппаратах;

  • потребность в этилене.

Последний пункт — потребность в этилене — является важным, поскольку требования к чистоте данного хладагента высокие.

Например, если требования к пропану (табл. 1) ниже, чем возможно получить на существующих производствах (табл. 2), то требования к чистоте этилена (табл. 3) значительно выше.

Таблица 1. Требования по чистоте к пропану

п/п

Наименование компонента

Единица измерения

Содержание компонента

1

Пропан, не менее

% мол.

95

2

Этан, не более

% мол.

2

3

Сумма бутанов, не более

% мол.

3

4

CO2, не более

ppm мол.

50

5

Метанол, не более

ppm мол.

1

6

Вода, не более

ppm мол.

20

7

Сероводород, не более

ppm мол.

5

8

Общая сера, не более

ppm мол.

5

9

Диены, не более

ppm мол.

5

10

1,3-бутадиен, не нормируется

ppm мол.

определение обязательно

11

Алкины, не более

ppm мол.

5

12

Оксигенаты, не нормируется

ppm мол.

определение обязательно

13

Кислород, не более

ppm мол.

1

14

Олефины (С2, С3, С4), не более

% мол.

1

15

Пропилен, не нормируется

ppm мол.

700

Таблица 2. Технические характеристики пропана

№ п/п

НАИМЕНОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЯ

НОРМА

Хладон R290 МАРКА А

ТУ 19.20.31-089- 48420562-2017

Хладон R290 МАРКА Б

ТУ 19.20.31-089- 48420562-2017

Пропан ВЧ 4.0

ТУ 19.20.31-098- 48420562-2018

1.

Внешний вид

Бесцветный газ без запаха

2.

Объёмная доля, компонентов, %

 

 

 

— пропана, %, не менее

99,9

99,8

99,99

— сумма низкокипящих компонентов (воздух, метан, этан), не более

0,050

0,050

0,008

— сумма высококипящих компонентов(пропилен, углеводороды С4) и выше

0,150

0,150

0,006

3.

Массовая доля сероводорода и меркаптановой серы %, не более

0,0001

0,0001

0,0010

4.

Массовая доля воды, % не более

0,001

0,001

0,0012

5.

Массовая доля нелетучего остатка, %, не более

0,01

0,01

0,001

Таблица 3. Требования по чистоте к этилену

п/п

Параметр

Единица измерения

Значение

1

Этилен

% мол, не менее

99,9

2

Вода

ppmm, не более

5

3

Метанол

ppmm, не более

10

4

Диоксид углерода

ppmm, не более

50

5

Бензол

ppmm, не более

1

6

С6+

ppmm, не более

1

 

В дальнейшим мы рассмотрим другие циклы для получения СПГ, а также вопросы качества применяемых хладагентов.

Автор: Максим Талызин, к.т.н, академик Международной Академии Холода, эксперт в области систем холодоснабжения, talyzin_maxim@mail.ru

При поддержке
логотип КриоФрост
логотип Ридан
логотип Техноватт
логотип Север-М
логотип Технофрост
логотип Фриготехника
логотип Спектропласт
логотип ЭлДжиТи Рус
логотип Россоюзхолодпром
логотип Техностиль
логотип Фригопоинт
логотип Международная академия холода