تسييل الغاز الطبيعي عملية تتم في درجات حرارة منخفضة

تُعد عملية تسييل الغاز الطبيعي عملية منخفضة الحرارة. يدخل الغاز الطبيعي الخام المنقى إلى المبادل الحراري للتبريد بدرجة حرارة منخفضة، والتكثيف، والتبريد الفائق، ثم يتم خنقه وخفض ضغطه عند درجة حرارة تتراوح بين -160 و165 درجة مئوية، ويدخل إلى خزان تخزين الغاز الطبيعي المسال.
العلاقة بين الحرارة ودرجة حرارة تبريد الغاز الطبيعي والتكثيف والتبريد الفائق هي كما يلي:
1) أنواع دورات التبريد
من أجل تسييل الغاز الطبيعي، يجب إزالة الحرارة في عملية تبريد الغاز الطبيعي وتكثيفه وتبريده الفائق، أي أن سعة التبريد المقابلة مطلوبة للتبادل معها.
يهدف نظام التبريد المجهز في عملية التسييل إلى جعل المبادل الحراري يحقق الحد الأدنى من فرق درجة الحرارة بين التدفق البارد والحراري، وذلك للحصول على كفاءة تبريد عالية.
يُعد نظام التبريد المستخدم في تسييل الغاز الطبيعي نظامًا متطورًا للغاية، وتشمل العمليات الشائعة الاستخدام ما يلي:
دورة تبريد متدرجة
دورة التبريد بمزيج المبردات
دورة تبريد بمزيج من المبردات مع التبريد المسبق
آلية التمدد دورة التبريد
2) دورة التبريد التدريجية
تم تطبيق دورة التبريد المتدرجة لأول مرة على منتجات الغاز الطبيعي المسال في عام 1939. وقد تم تركيبها في كليفلاند بالولايات المتحدة، باستخدام NH3 و C2H4 كمبردات للمرحلة الأولى والثانية.
في المرحلة الأولى، يُستخدم البروبان أو الفريون كمادة تبريد. يُبرّد الغاز الطبيعي المُنقّى إلى درجة حرارة تتراوح بين -35 و-40 درجة مئوية في مُبرّد البروبان أو الفريون. بعد فصل الهيدروكربونات الثقيلة التي تزيد عن البنتان، يدخل الغاز المرحلة الثانية للتبريد. يُضغط غاز البروبان المُتبخر من مُبرّد البروبان بواسطة الضاغط، ثم يُعاد تسييله بعد تبريده بواسطة مُبرّد الماء، ويُعاد تدويره إلى مُبرّد البروبان.
في المرحلة الثانية، يُستخدم الإيثان أو الإيثيلين كمادة تبريد، حيث يُبرّد الغاز الطبيعي إلى درجة حرارة تتراوح بين -90 و-100 درجة مئوية، ثم يُسال في المرحلة الثالثة للتبريد. بعد الضغط والتبريد بالماء، يُبرّد الغاز المتبخر من مُبرّد الإيثان أو الإيثيلين ويُسال في مُبرّد البروبان، ثم يُعاد تدويره إلى مُبرّد الإيثان أو الإيثيلين.
في المرحلة الثالثة، يُستخدم الميثان كمادة تبريد. يُبرّد الغاز الطبيعي المسال إلى درجة حرارة تتراوح بين -150 و-160 درجة مئوية في مُبرّد الميثان، ثم يُخفّض ضغطه عبر صمام الخنق. بعد انخفاض درجة الحرارة إلى -162 درجة مئوية، يُضخ إلى خزان تخزين الغاز الطبيعي المسال. يُضغط الغاز المُتبخر من مُبرّد الميثان ويُبرّد بالماء، ثم يُبرّد في مُبرّد البروبان، ويُسال في مُبرّد الإيثان أو الإيثيلين، ويُعاد تدويره إلى مُبرّد الميثان.
تتضمن دورة التبريد المتدرجة التقليدية عدة مراحل تبريد مستقلة نسبيًا ومتصلة. ونظرًا لأن المبرد يُضغط عادةً بواسطة ضاغط متعدد المراحل، فإنه في كل مرحلة تبريد، يتبخر المبرد تحت ضغوط مختلفة، وينقسم إلى مستويات حرارية متعددة لتبريد الغاز الطبيعي. ثم يدخل المبرد المتبخر تحت كل ضغط إلى مرحلة الضاغط المناسبة لضغطه. في كل مرحلة تبريد، يختلف المبرد فقط، بينما تبقى عملية التشغيل متشابهة بشكل أساسي.
تتمثل مزايا دورة التبريد المتدرجة فيما يلي:
① استهلاك منخفض للطاقة؛
② مادة التبريد نقية ولا توجد بها مشكلة في النسب؛
③ تكنولوجيا ناضجة وتشغيل مستقر
من عيوب دورة التبريد المتدرجة ما يلي:
① هناك العديد من الوحدات والعملية معقدة؛
② هناك العديد من المعدات المساعدة، وينبغي أن تكون هناك معدات متخصصة في إنتاج وتخزين مجموعة متنوعة من المبردات؛
③ نظام خط الأنابيب ونظام التحكم معقدان ويصعب صيانتهما