תהליך ייצור גז טבעי נוזלי

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

1. סיווג תהליך הנזלת גז טבעי

כיום, סוגי תהליכי הנזלת הגז הטבעי מתחלקים בעיקר על סמך תפקידיהם ושיטות הקירור שלהם.

(1) על פי תפקידיהם, ניתן לחלק אותם ליחידות הנזלת עומס בסיסיות וליחידות הנזלה של גילוח שיא. יחידות LNG בקנה מידה קטן שייכות ליחידות הנזלה של גילוח שיא.

(2) על פי שיטת הקירור, ניתן לחלק אותו ל: (1) תהליך הנזלת מפלים; (2) תהליך הנזלת קירור מעורב, לרבות סגור, פתוח, קדם-קירור פרופאן, CII וכו'; (3) תהליך הנזלה עם מרחיב, כולל התפשטות גז טבעי, התפשטות חנקן, התפשטות חנקן-מתאן וכו'.

עם זאת, החלוקה הנ"ל אינה קפדנית, ובדרך כלל מאומץ תהליך מרוכב הכולל שילובים שונים של חלקים מסוימים של תהליכי ההנזלה השונים שתוארו לעיל, וכל שיטה מכילה מספר סוגים.

2. סוגים והרכב של מפעלי הנזלת גז טבעי

סוגי יחידות ההנזלה של גז טבעי כוללים בעיקר יחידות הנזלה של עומס בסיס, יחידות הנזלה בגילוח שיא, יחידות אחסון ופריקה של גז טבעי נוזלי צף ומסופי קליטת LNG, והגדרותיהם הן כדלקמן.

(1) מפעל הנזלת עומסים בסיסי: מתייחס למפעל ההנזלה בקנה מידה גדול המיוצר לשימוש מקומי או להובלה חיצונית.

(2) התקן הנזלת גילוח שיא: מתייחס להתקן הנזלת גז טבעי לעומס שיא של גילוח או להשלמת אספקת דלק לחורף, בדרך כלל הנזלה ואחסון של עודפי גז טבעי במהלך עומס שיא נמוך ואידוי מחדש לשימוש במצבי שיא או חירום.

(3) התקן ייצור, אחסון ופריקה של גז טבעי נוזלי צף: זהו סוג חדש של התקן הנזלת גז טבעי בשדות גז שוליים ובשדות גז ימיים. הוא מועדף על יתרונותיו של השקעה נמוכה, תקופת בנייה קצרה והריסה קלה.

(4) מסוף קבלת LNG: מתייחס למכשיר המקבל את ה-LNG המועבר על ידי מובילי גז טבעי נוזלי מהתקן הנזלת הגז הטבעי הבסיסי, המצויד בדרך כלל במערכת התאוששות הנזלה עבור גז טבעי נוזלי לגז טבעי נוזלי בגז רותח BOG (Boil Off Gas).

מתקן הנזלת גז טבעי מורכב בדרך כלל מתהליך טיפול מקדים בגז טבעי, תהליך הנזלה, מערכת אחסון, מערכת בקרה ומערכת הגנה מפני אש, ביניהם תהליך ההנזלה הוא החלק המרכזי של מתקן הנזלת הגז הטבעי. מפעלי LNG בקנה מידה גדול כוללים בדרך כלל מספר קבוצות של מפעלי הנזלת גז טבעי, ולכל קבוצה של מפעלי הנזלה עשויים להיות קווי ייצור מרובים. בשל מטרות הייצור השונות של יחידות הנזלה שונות, ישנם באופן טבעי הבדלים גדולים בהרכבים הספציפיים שלהם.

3. שיטת קירור LNG

מה שמכונה קירור מתייחס לשימוש בשיטות מלאכותיות ליצירת טכנולוגיית טמפרטורה נמוכה (מתחת לטמפרטורת הסביבה). שיטות הקירור כוללות בעיקר את שלושת הבאים.

(1) השתמש באפקט האנדותרמי של מעברי פאזה של חומרים (כגון התכה, אידוי, סובלימציה) כדי להשיג קירור. מה שנקרא קירור אדים מתייחס לשימוש של אידוי נוזלי כדי להשיג קירור. ניתן לחלק את קירור האדים לשלושה סוגים: דחיסת אדים (דחיסה מכנית), הזרקת אדים וספיגה. כיום, קירור דחיסת אדים משמש בעיקר.

(2) השתמש באפקט הקירור של הרחבת הגז כדי להשיג קירור. קירור להרחבת גז נמצא כיום בשימוש נרחב בקירור הרחבת טורבינה, ומשתמש גם בקירור שסתומי מצערת ובקירור מפריד חום.

(3) השתמש באפקט התרמואלקטרי של מוליכים למחצה כדי להשיג קירור.

בתהליך הנזלת הגז הטבעי, אידוי נוזלים והרחבת גז נמצאים בשימוש נרחב להשגת קירור. קירור הוויסות חייב להיות בעל אנרגיית לחץ גבוהה מספיק לשימוש, והיעילות נמוכה. הוא משמש בדרך כלל במצבים בהם הלחץ של הגז הגולמי גבוה וכמות ההנזלה הנדרשת היא קטנה.

4. תהליך הנזלת גז טבעי נפוץ

לתהליכי הנזלה שונים יש שיטות קירור שונות. בתהליך הנזלת הגז הטבעי, תהליך ההנזלה הנפוץ של גז טבעי כולל בעיקר תהליך הנזלת מפלים, תהליך הנזלת קירור מעורב ותהליך הנזלה עם מרחיב, ושיטות הקירור שלהם הן כדלקמן.

(1) תהליך הנזלת אשד

הוא מורכב ממספר מחזורי קירור חופפים הפועלים בטמפרטורות שונות, בהם החלקים בטמפרטורה גבוהה, בינונית ונמוכה משתמשים בקירור בטמפרטורה גבוהה, בינונית ונמוכה בהתאמה. האידוי של הקירור בחלק הטמפרטורה הגבוהה משמש לעיבוי הקירור בחלק הטמפרטורה הנמוכה, והקירור בחלק הטמפרטורה הנמוכה מתאדה מחדש כדי להפיק את כושר הקירור, וחלקים אלה מחוברים על ידי מספר מעבים אידוי. המעבה המאייד הוא גם המאייד של חלק הטמפרטורה הגבוהה וגם המעבה של חלק הטמפרטורה הנמוכה.

עבור נזילה, מחזור קירור מפל תלת-שלבי עם פרופאן, אתילן ומתאן כקירור משמש בעיקר.

(2) תהליך הנזלת קירור מעורב

התהליך התפתח מתהליך הקירור של מפל בסוף שנות ה-60. תערובות פחמימנים (N2, C1, C2, C3, C4, C5) משמשות בעיקר כקירורים להחלפת רכיבים טהורים מרובים בתהליך הקירור של המפל, וההרכב נקבע על פי ההרכב והלחץ של גז ההזנה. תוך ניצול המאפיינים של הרכיבים הכבדים בתערובת מרובת הרכיבים המתעבה תחילה והרכיבים הקלים המתעבים בהמשך, ניתן לקבל את יכולת הקירור של רמות טמפרטורה שונות על ידי עיבוי רציף, הפרדה, ויסות והתאדות, ובהתאם לשאלה אם הקירור המעורב מעורבב עם הגז הטבעי הגולמי, ישנם שני סוגים של תהליכי קירור מעורבים: סגור ופתוח.

(3) תהליך הנזלה עם מרחיב

מחזור הקירור של ההרחבה מאמץ בעיקר את מחזור הפוך-ברייטון. במחזור זה, נוזל העבודה נדחס באופן איזנטרופי על ידי המדחס, מקורר על ידי המצנן, ולאחר מכן מורחב באופן איזנטרופי אדיאבטי בטורבו-אקספנדר ועושה עבודה חיצונית כדי להשיג זרימת אוויר בטמפרטורה נמוכה כדי לייצר אנרגיה קרה. בתהליך של הנזלת גז טבעי, קירור ההרחבה מאמץ בעיקר את ארבע הצורות הבאות: קירור התפשטות ישירה של גז טבעי, קירור התפשטות חנקן, קירור התפשטות מעורב חנקן-מתאן וכו '.

5. עקרון הקירור ומאפייני תהליך ההנזלה עם מרחיב

מרחיב מחזור מתייחס לתהליך של מימוש הנזלת גז טבעי על ידי שימוש בקירור בלחץ גבוה וקירור מחזור קלוד באמצעות הרחבה אדיאבטית של מרחיב טורבו. ציוד המפתח הוא turboexpander, אשר יש את היתרונות של יעילות איזונטרופית גבוהה ועבודת הרחבה ניתנת לשחזור. לכן, תהליך זה מועדף יותר ויותר על ידי מפעלי LNG גילוח שיא עם קיבולת הנזלה קטנה, והוא משמש בדרך כלל עבור מכשירים עם קיבולת הנזלה של 7×104 ~ 70 ~ 70×104m3 / d.

העיקרון הבסיסי של קירור תהליך הנזלה עם מרחיב הוא: הגז מתרחב ומתקרר במרחיב תוך כדי הפקת עבודה, אשר יכול לשמש להנעת המדחס; כאשר יש הפרש לחץ "טבעי" בין הגז הגולמי הנכנס למכשיר לבין הגז המסחרי היוצא מהמכשיר, ההנזלה התהליך לא יצטרך להיות בתוספת אנרגיה "מהעולם החיצון", אלא יסתמך על הפרשי לחץ "טבעיים" כדי להשיג קירור באמצעות המרחיב. על פי חומרי קירור שונים, ניתן לחלק אותו לתהליך הנזלת התפשטות חנקן, תהליך הנזלת התפשטות מעורב של חנקן-מתאן ותהליך הנזלת התפשטות ישירה של גז טבעי.

(1) תהליך הנזלת התפשטות ישירה של גז טבעי

תהליך זה מתייחס לתהליך של ניצול ישיר של הגז הטבעי בלחץ גבוה משדה הגז והרחבתו באופן אדיאבטי במרחיב ללחץ של צינור ההולכה, ובכך מימוש תהליך של הנזלת גז טבעי. הוא מתאים במיוחד למקרים בהם לחץ הצינור גבוה, לחץ ההפעלה בפועל נמוך, ויש להפחית את הלחץ באמצע. מכיוון שהגז הטבעי הנכנס למרחיב אינו צריך להסיר CO2, אלא רק צריך להסיר CO2 מהחלק הנוזלי של הגז הגולמי, נפח הגז לפני הטיפול מופחת מאוד. כאשר המכשיר נמצא בפעולה רגילה, הגז הטבעי שהתאדה ממיכל האחסון נדחס על ידי מדחס הגז החוזר ואז מוחזר למערכת להנזלה. תהליך זה יכול לחסוך את העלות של ייצור מיוחד, הובלה ואחסון של קירור; יש לו את היתרונות של תהליך פשוט, ציוד קומפקטי, השקעה קטנה, התאמה גמישה ותפעול אמין. עם זאת, תהליך הנזלה זה אינו יכול לקבל את הטמפרטורה הנמוכה, נפח הגז הגדול במחזור וקצב ההנזלה הנמוך כמו תהליך הנזלת התפשטות החנקן, וביצועי העבודה של המרחיב מושפעים מאוד מהלחץ וההרכב של גז חומר הגלם, ודרישות הבטיחות של המערכת גבוהות יחסית. גבוה.

(2) תהליך הנזלת התפשטות חנקן

זוהי גרסה של תהליך הנזלת ההתפשטות הישירה, מחזור קירור החנקן מופרד ממעגל הנזלת הגז הטבעי, ומחזור הקירור של הכלור מספק קיבולת קרה לגז הטבעי. יתרונותיו הם שיש לו יכולת הסתגלות רבה יותר לשינוי רכיבי גז גולמיים, יכולת הנזלה חזקה, פעולה פשוטה ונוחה של המערכת כולה; תפוצת הסוכן המתמשך גבוהה בכ-40%.

(3) תהליך הנזלת התפשטות מעורבת של חנקן-מתאן

זהו שיפור של תהליך הנזלת התפשטות החנקן, אשר יכול להפחית את הפרש הטמפרטורה של חילופי החום בקצה הקר. בהשוואה למחזור הקירור המעורב, יש לו את היתרונות של תהליך פשוט, שליטה קלה, זמן הפעלה קצר וחיסכון של 10% עד 20% מצריכת החשמל בהשוואה לקירור התפשטות חנקן טהור.

6. עקרון העבודה של הטורבו-אקספנדר

טורבו-אקספנדר היא מכונה תרמית מסתובבת במהירות גבוהה. על פי חוק המרת האנרגיה ושימורה, כאשר הגז עושה עבודה חיצונית במהלך התפשטות אדיאבטית בטורבו-אקספנדר, האנרגיה שלו תפחת, וירדת אנתלפיה מסוימת תיווצר בו זמנית, ובכך תפחית את טמפרטורת הגז עצמו ותיצור תנאים להנזלת הגז.

טורבו-אקספאנדר הוא למעשה הפעולה ההפוכה של מדחס צנטריפוגלי. המדחס הצנטריפוגלי מונע על ידי מנוע חשמלי כדי להגביר את הלחץ של הגז, אשר צורך כוח. הטורבו-אקספנדר משתמש בזרימת האוויר המהירה שנוצרת על ידי הרחבת הגז בלחץ גבוה כדי להשפיע על האימפלר העובד של הטורבו-אקספנדר, כך שהאימפלר מסתובב במהירות גבוהה. האימפלר המסתובב במהירות גבוהה יכול לייצר כמות מסוימת של כוח, ולאחר מכן לבצע עבודה חיצונית. יחד עם זאת, הן הטמפרטורה והן הלחץ של הגז המורחב יורדים. במילים אחרות, turboexpander משתמש בשינוי המהירות של המדיום כדי להמיר אנרגיה, אשר יכול לא רק לספק קיבולת קירור עבור התקן ההנזלה, אלא גם את העבודה שנוצרה על ידי ההרחבה יכול לשמש כדי להניע ציוד כגון מדחסים או גנרטורים, הפחתת היחידה של LNG. צריכת אנרגיה נפחית.