LNG-Produktionsprozess

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

1. Klassifizierung des Erdgasverflüssigungsprozesses

Gegenwärtig werden die Arten von Erdgasverflüssigungsprozessen hauptsächlich basierend auf ihren Funktionen und Kühlmethoden unterteilt.

(1) Nach ihrer Funktion lassen sie sich in Grundlastverflüssigungsanlagen und Spitzenlastverflüssigungsanlagen unterteilen. LNG-Einheiten im kleinen Maßstab gehören zu Peak-Shaving-Verflüssigungseinheiten.

(2) Je nach Kühlmethode kann es unterteilt werden in: ① Kaskadenverflüssigungsprozess; ② Verflüssigungsprozess mit gemischtem Kältemittel, einschließlich geschlossener, offener Propanvorkühlung, CII usw.; ③ Verflüssigungsprozess mit Expander, einschließlich Erdgasexpansion, Stickstoffexpansion, Stickstoff-Methan-Expansion usw.

Die obige Unterteilung ist jedoch nicht streng, und es wird gewöhnlich ein zusammengesetztes Verfahren verwendet, das unterschiedliche Kombinationen bestimmter Teile der verschiedenen oben beschriebenen Verflüssigungsverfahren enthält, und jedes Verfahren enthält mehrere Typen.

2. Arten und Zusammensetzung von Erdgasverflüssigungsanlagen

Die Arten von Erdgasverflüssigungseinheiten umfassen hauptsächlich Grundlast-Verflüssigungseinheiten, Peak-Shaving-Verflüssigungseinheiten, schwimmende LNG-Produktionslager- und -entladeeinheiten und LNG-Empfangsterminals, und ihre Definitionen sind wie folgt.

(1) Grundlast-Verflüssigungsanlage: bezieht sich auf die großtechnische Verflüssigungsanlage, die für den lokalen Gebrauch oder den externen Transport hergestellt wird.

(2) Peak-Shaving-Verflüssigungsvorrichtung: bezieht sich auf eine Erdgas-Verflüssigungsvorrichtung zum Spitzenausgleich oder zur Ergänzung der Kraftstoffversorgung im Winter, die normalerweise überschüssiges Erdgas während niedriger Spitzenlast verflüssigt und speichert und zur Verwendung in Spitzen- oder Notfällen wieder verdampft Situationen.

(3) Schwimmende LNG-Produktions-, Speicher- und Entladevorrichtung: Es handelt sich um eine neue Art von Erdgasverflüssigungsvorrichtung in Randgasfeldern und Offshore-Gasfeldern. Es wird wegen seiner Vorteile der geringen Investition, der kurzen Bauzeit und des einfachen Abrisses bevorzugt.

(4) LNG-Empfangsterminal: bezieht sich auf die Vorrichtung, die das von LNG-Tankern transportierte LNG von der Grundlast-Erdgasverflüssigungsvorrichtung empfängt, die im Allgemeinen mit einem Verflüssigungsrückgewinnungssystem für LNG-Tanktop-Boil-off-Gas BOG (Boil Off Gas) ausgestattet ist.

Eine Erdgasverflüssigungsanlage besteht im Allgemeinen aus einem Erdgasvorbehandlungsprozess, einem Verflüssigungsprozess, einem Speichersystem, einem Steuerungssystem und einem Brandschutzsystem, wobei der Verflüssigungsprozess das Herzstück einer Erdgasverflüssigungsanlage ist. LNG-Großanlagen umfassen im Allgemeinen mehrere Sätze von Erdgasverflüssigungsanlagen, und jeder Satz von Verflüssigungsanlagen kann mehrere Produktionslinien aufweisen. Aufgrund der unterschiedlichen Produktionszwecke verschiedener Verflüssigungsanlagen gibt es naturgemäß große Unterschiede in deren spezifischer Zusammensetzung.

3. LNG-Kühlmethode

Die sogenannte Kühlung bezieht sich auf die Verwendung künstlicher Methoden zur Erzeugung von Niedertemperaturtechnologie (unter Umgebungstemperatur). Kühlverfahren umfassen hauptsächlich die folgenden drei.

(1) Verwenden Sie den endothermen Effekt von Materialphasenübergängen (wie Schmelzen, Verdampfen, Sublimation), um eine Kühlung zu erreichen. Die sogenannte Dampfkühlung bezieht sich auf die Verwendung von Flüssigkeitsverdampfung, um eine Kühlung zu erreichen. Die Dampfkühlung kann in drei Typen unterteilt werden: Dampfkompression (mechanische Kompression), Dampfinjektion und Absorption. Derzeit wird überwiegend Dampfkompressionskälte eingesetzt.

(2) Verwenden Sie den Kühleffekt der Gasexpansion, um eine Kühlung zu erreichen. Die Gasexpansionskühlung verwendet derzeit in großem Umfang eine Turbinenexpansionskühlung und verwendet auch eine Drosselklappenkühlung und eine Wärmeabscheiderkühlung.

(3) Verwenden Sie den thermoelektrischen Effekt von Halbleitern, um eine Kühlung zu erreichen.

Im Erdgasverflüssigungsprozess werden Flüssigkeitsverdampfung und Gasexpansion weithin verwendet, um eine Kühlung zu erreichen. Die Drosselkühlung muss eine ausreichend hohe Druckenergie haben, um verwendet zu werden, und der Wirkungsgrad ist gering. Es wird im Allgemeinen dort eingesetzt, wo der Druck des Rohgases hoch und die erforderliche Verflüssigungsmenge gering ist.

4. Gemeinsamer Erdgasverflüssigungsprozess

Unterschiedliche Verflüssigungsverfahren haben unterschiedliche Kühlverfahren. Im Erdgasverflüssigungsprozess umfasst der übliche Erdgasverflüssigungsprozess hauptsächlich Kaskadenverflüssigungsprozess, Verflüssigungsprozess mit gemischtem Kältemittel und Verflüssigungsprozess mit Expander, und ihre Kühlverfahren sind wie folgt.

(1) Kaskadenverflüssigungsprozess

Es besteht aus mehreren sich überschneidenden Kühlkreisläufen, die bei unterschiedlichen Temperaturen betrieben werden, wobei die Teile mit hoher, mittlerer und niedriger Temperatur Kältemittel mit hoher, mittlerer und niedriger Temperatur verwenden. Die Verdampfung des Kältemittels im Hochtemperaturteil wird verwendet, um das Kältemittel im Niedertemperaturteil zu kondensieren, und das Kältemittel im Niedertemperaturteil wird erneut verdampft, um die Kühlleistung abzugeben, und diese Teile sind durch mehrere Verdunstungskondensatoren verbunden. Der Verdunstungskondensator ist sowohl der Verdampfer des Hochtemperaturteils als auch der Kondensator des Niedertemperaturteils. für Erdgas

Zur Verflüssigung wird meist ein dreistufiger Kaskaden-Kältekreislauf mit Propan, Ethylen und Methan als Kältemittel verwendet.

(2) Verflüssigungsprozess mit gemischtem Kältemittel

Das Verfahren wurde Ende der 1960er Jahre aus dem Kaskadenkälteverfahren entwickelt. Kohlenwasserstoffgemische (N2, C1, C2, C3, C4, C5) werden meistens als Kältemittel verwendet, um mehrere reine Komponenten im Kaskadenkälteprozess zu ersetzen, und die Zusammensetzung wird gemäß der Zusammensetzung und dem Druck des Einsatzgases bestimmt. Unter Ausnutzung der Eigenschaften, dass die schweren Komponenten im Mehrstoffgemisch zuerst kondensieren und die leichten Komponenten später kondensieren, kann die Kühlleistung unterschiedlicher Temperaturniveaus erreicht werden, indem nacheinander kondensiert, getrennt, gedrosselt und verdampft wird, und zwar je nach Mischung Kältemittel wird mit dem Roherdgas gemischt. Es gibt zwei Arten von gemischten Kühlprozessen: geschlossene und offene.

(3) Verflüssigungsprozess mit Expander

Der Expansionskältekreislauf übernimmt meistens den Reverse-Brayton-Zyklus. In diesem Kreislauf wird das Arbeitsfluid durch den Kompressor isentrop komprimiert, durch den Kühler gekühlt und dann im Turboexpander isentrop adiabatisch expandiert und verrichtet externe Arbeit, um einen Luftstrom mit niedriger Temperatur zu erhalten, um Kälteenergie zu erzeugen. Bei der Erdgasverflüssigung nimmt die Expansionskühlung hauptsächlich die folgenden vier Formen an: Erdgas-Direktexpansionskühlung, Stickstoffexpansionskühlung, Stickstoff-Methan-Mischexpansionskühlung usw.

5. Kälteprinzip und Eigenschaften des Verflüssigungsprozesses mit Expander

Der Expanderzyklus bezieht sich auf den Prozess der Verflüssigung von Erdgas unter Verwendung von Hochdruckkältemittel und Claude-Zykluskühlung durch adiabatische Expansion eines Turboexpanders. Die Schlüsselausrüstung ist der Turboexpander, der die Vorteile eines hohen isentropischen Wirkungsgrads und einer rückgewinnbaren Expansionsarbeit hat. Daher wird dieses Verfahren immer mehr von LNG-Peak-Shaving-Anlagen mit geringer Verflüssigungskapazität bevorzugt und im Allgemeinen für Geräte mit einer Verflüssigungskapazität von 7 × 104-70 × 104 m3/d verwendet.

Das Grundprinzip der Verflüssigungsprozesskühlung mit Expander ist: Das Gas expandiert und kühlt im Expander ab und gibt dabei Arbeit ab, die zum Antrieb des Kompressors genutzt werden kann; bei einer „natürlichen“ Druckdifferenz zwischen dem in das Gerät eintretenden Rohgas und dem aus dem Gerät austretenden Nutzgas wird die Verflüssigung Der Prozess muss nicht mit Energie „von außen“ ergänzt werden, sondern setzt auf „natürliche“ Druckdifferenzen, um eine Kühlung durch den Expander zu erreichen. Je nach Kältemittel kann es in Stickstoff-Expansionsverflüssigungsverfahren, Stickstoff-Methan-Mischexpansionsverflüssigungsverfahren und Erdgas-Direktexpansionsverflüssigungsverfahren unterteilt werden.

(1) Erdgas-Direktexpansions-Verflüssigungsverfahren

Dieser Prozess bezieht sich auf den Prozess der direkten Nutzung des Hochdruck-Erdgases aus dem Gasfeld und dessen adiabatischer Expansion im Expander auf den Druck der Transportleitung, wodurch der Prozess der Erdgasverflüssigung realisiert wird. Es eignet sich besonders für Fälle, in denen der Rohrleitungsdruck hoch ist, der tatsächliche Betriebsdruck niedrig ist und der Druck in der Mitte reduziert werden muss. Da das in den Expander eintretende Erdgas kein CO2 entfernen muss, sondern nur CO2 aus dem verflüssigten Teil des Rohgases entfernen muss, wird das Vorbehandlungsgasvolumen stark reduziert. Im Normalbetrieb des Gerätes wird das aus dem Speicher verdampfte Erdgas durch den Rückgasverdichter verdichtet und anschließend zur Verflüssigung dem System wieder zugeführt. Dieses Verfahren kann die Kosten für die spezielle Herstellung, den Transport und die Lagerung von Kältemitteln einsparen; Es hat die Vorteile eines einfachen Prozesses, einer kompakten Ausrüstung, einer geringen Investition, einer flexiblen Anpassung und eines zuverlässigen Betriebs. Dieses Verflüssigungsverfahren kann jedoch nicht die niedrige Temperatur, das große zirkulierende Gasvolumen und die niedrige Verflüssigungsrate wie das Stickstoffexpansionsverflüssigungsverfahren erreichen, und die Arbeitsleistung des Expanders wird stark durch den Druck und die Zusammensetzung des Rohmaterialgases und die Sicherheit beeinflusst Die Anforderungen an das System sind relativ hoch. hoch.

(2) Stickstoffexpansionsverflüssigungsprozess

Es ist eine Variante des Direktexpansionsverflüssigungsverfahrens, der Stickstoffkältekreislauf ist vom Erdgasverflüssigungskreislauf getrennt und der Chlorkältekreislauf stellt Kältekapazität für das Erdgas bereit. Seine Vorteile sind, dass es eine größere Anpassungsfähigkeit an den Wechsel von Rohgaskomponenten, eine starke Verflüssigungskapazität, einen einfachen und bequemen Betrieb des gesamten Systems hat; Die Zirkulation des Verweilmittels ist etwa 40 Prozent höher.

(3) Stickstoff-Methan-Mischexpansionsverflüssigungsverfahren

Es ist eine Verbesserung des Stickstoffexpansionsverflüssigungsprozesses, der die Wärmeaustauschtemperaturdifferenz am kalten Ende verringern kann. Verglichen mit dem gemischten Kältemittelkreislauf hat es die Vorteile eines einfachen Prozesses, einer einfachen Steuerung, einer kurzen Startzeit und einer Einsparung von 10 bis 20 Prozent des Stromverbrauchs im Vergleich zu einer reinen Stickstoff-Expansionskühlung.

6. Das Arbeitsprinzip des Turboexpanders

Ein Turboexpander ist eine rotierende thermische Hochgeschwindigkeitsmaschine. Gemäß dem Gesetz der Energieumwandlung und -erhaltung wird, wenn das Gas während der adiabatischen Expansion im Turboexpander externe Arbeit verrichtet, seine Energie reduziert und gleichzeitig ein gewisser Enthalpieabfall erzeugt, wodurch die Temperatur des Gases selbst reduziert wird und Schaffung von Bedingungen für die Verflüssigung des Gases.

Ein Turboexpander ist eigentlich die umgekehrte Aktion eines Zentrifugalkompressors. Der Zentrifugalkompressor wird von einem Elektromotor angetrieben, um den Druck des Gases zu erhöhen, was Strom verbraucht. Der Turboexpander nutzt den Hochgeschwindigkeitsluftstrom, der durch die Expansion von Hochdruckgas erzeugt wird, um auf das Arbeitslaufrad des Turboexpanders aufzuprallen, so dass sich das Laufrad mit hoher Geschwindigkeit dreht. Das sich schnell drehende Laufrad kann eine bestimmte Menge an Leistung erzeugen und dann externe Arbeit leisten. Gleichzeitig sinken sowohl die Temperatur als auch der Druck des entspannten Gases. Mit anderen Worten, der Turboexpander nutzt die Geschwindigkeitsänderung des Mediums zur Energieumwandlung, die nicht nur Kühlleistung für die Verflüssigungsvorrichtung bereitstellen kann, sondern auch die durch die Expansion erzeugte Arbeit zum Antrieb von Geräten wie Kompressoren oder Generatoren reduzieren kann die Einheit von LNG. volumetrischer Energieverbrauch.