Zkapalňování zemního plynu je nízkoteplotní proces. Vyčištěný surový zemní plyn vstupuje do tepelného výměníku, kde probíhá nízkoteplotní chlazení, kondenzace a podchlazení, škrcí a odtlakuje se při teplotě –160 ~ 165 ℃ a vstupuje do zásobníku LNG.
Vztah mezi teplem a teplotou chlazení, kondenzace a podchlazení zemního plynu je následující:
1) Typy chladicích cyklů
Aby se zemní plyn mohl zkapalnit, musí se odvádět teplo vznikající v procesu chlazení, kondenzace a podchlazení zemního plynu, tj. pro výměnu s ním je nutná odpovídající chladicí kapacita.
Chladicí systém používaný v procesu zkapalňování má za úkol zajistit, aby výměník tepla dosáhl minimálního teplotního rozdílu mezi chladicím a tepelným proudem, a tím i vysoké chladicí účinnosti.
Chladicí systém pro zkapalňování zemního plynu je velmi vyspělý a mezi běžně používané procesy patří:
Krokový chladicí cyklus
Chladicí cyklus se smíšeným chladivem
Chladicí cyklus se smíšeným chladivem s předchlazením
Expanzní mechanismus za studena
2) Krokový chladicí cyklus
Krokový chladicí cyklus byl poprvé použit pro produkty zkapalněného zemního plynu v roce 1939. Byl instalován v Clevelandu ve Spojených státech a jako chladiva prvního a druhého stupně se používaly NH3 a C2H4.
V prvním stupni se jako chladivo používá propan nebo freon. Vyčištěný zemní plyn se v propanovém nebo freonovém chladiči ochladí na –35 ~ –40 ℃. Po oddělení těžkých uhlovodíků nad pentanem vstupuje do druhého stupně chlazení. Propan odpařený z propanového chladiče je stlačen kompresorem, po ochlazení vodním chladičem znovu zkapalněn a recyklován do propanového chladiče.
Ve druhém stupni se jako chladivo používá etan nebo ethylen a zemní plyn se ve druhém stupni ochladí na –90 ~ –100 ℃ a zkapalní se ve třetím stupni k chlazení. Po natlakování a ochlazení vodou se plyn odpařený z chladiče etanu nebo ethylenu ochladí a zkapalní v chladiči propanu a recykluje se do chladiče etanu nebo ethylenu.
Ve třetí fázi se jako chladivo používá metan. Zkapalněný zemní plyn se v chladiči metanu podchlazuje na –150 ~ –160 ℃ a poté se odtlakuje škrticí klapkou. Po poklesu teploty na –162 ℃ se čerpá do zásobníku LNG. Plyn odpařený z chladiče metanu se natlakuje a ochladí vodou, ochladí se v chladiči propanu, zkapalní se v chladiči etanu nebo ethylenu a recykluje se do chladiče metanu.
Klasický stupňovitý chladicí cyklus zahrnuje několik relativně nezávislých a propojených chladicích stupňů. Protože chladivo je obvykle stlačováno vícestupňovým kompresorem, v každém chladicím stupni se chladivo může odpařovat za různých tlaků a být rozděleno do několika teplotních úrovní pro ochlazení zemního plynu. Chladivo odpařené za jednotlivých tlaků vstupuje do odpovídajícího kompresorového stupně ke kompresi. V každém chladicím stupni se liší pouze chladivo a provozní proces je v podstatě podobný.
Výhody stupňovitého chladicího cyklu jsou:
① Nízká spotřeba energie;
② Chladivo je čisté a s jeho dávkováním není problém;
③ Vyspělá technologie a stabilní provoz
Nevýhody stupňovitého chladicího cyklu jsou:
① Existuje mnoho jednotek a proces je složitý;
② Existuje mnoho pomocných zařízení a mělo by existovat zařízení specializované na výrobu a skladování různých chladiv;
③ Potrubí a řídicí systém jsou složité a jejich údržba je nepraktická
Čas zveřejnění: 26. září 2021