Die Erdgasverflüssigung ist ein Niedertemperaturverfahren. Das gereinigte Roherdgas tritt in den Wärmetauscher zur Niedertemperaturkühlung, Kondensation und Unterkühlung ein, wird bei einer Temperatur von –160 bis 165 °C gedrosselt und entspannt und gelangt anschließend in den LNG-Speichertank.
Der Zusammenhang zwischen der Wärme und der Temperatur bei der Kühlung, Kondensation und Unterkühlung von Erdgas ist wie folgt:
1) Arten von Kältekreisläufen
Um Erdgas zu verflüssigen, muss die Wärme, die bei der Kühlung, Kondensation und Unterkühlung des Erdgases entsteht, abgeführt werden, d. h. es wird eine entsprechende Kühlleistung benötigt, um diese Wärme auszutauschen.
Das im Verflüssigungsprozess eingesetzte Kühlsystem dient dazu, dass der Wärmetauscher die minimale Temperaturdifferenz zwischen Kälte- und Wärmestrom erreicht, um so eine hohe Kühlleistung zu erzielen.
Die Kältetechnik für die Erdgasverflüssigung ist sehr ausgereift, und zu den üblicherweise angewandten Verfahren gehören:
Stufenkühlkreislauf
Kältemittelkreislauf mit gemischtem Kältemittel
Kältemittelkreislauf mit gemischtem Kältemittel und Vorkühlung
Expansionsmechanismus Kältezyklus
2) Stufenkältekreislauf
Der Stufenkältekreislauf wurde erstmals 1939 bei verflüssigten Erdgasprodukten angewendet. Er wurde in Cleveland in den Vereinigten Staaten installiert, wobei NH3 und C2H4 als Kältemittel der ersten und zweiten Stufe verwendet wurden.
In der ersten Stufe wird Propan oder Freon als Kältemittel verwendet. Das gereinigte Erdgas wird in einem Propan- oder Freon-Kühler auf –35 bis –40 °C abgekühlt. Nach der Abtrennung der schweren Kohlenwasserstoffe oberhalb von Pentan gelangt es zur zweiten Kühlstufe. Das aus dem Propankühler verdampfte Propangas wird vom Kompressor verdichtet, nach der Abkühlung im Wasserkühler wieder verflüssigt und dem Propankühler zurückgeführt.
In der zweiten Stufe wird Ethan oder Ethylen als Kältemittel verwendet. Das Erdgas wird in dieser Stufe auf –90 bis –100 °C abgekühlt und zur weiteren Kühlung in die dritte Stufe verflüssigt. Nach der Druckbeaufschlagung und Wasserkühlung wird das aus dem Ethan- oder Ethylenkühler verdampfte Gas im Propankühler weiter abgekühlt, verflüssigt und dem Ethan- oder Ethylenkühler wieder zugeführt.
In der dritten Stufe wird Methan als Kältemittel eingesetzt. Das verflüssigte Erdgas wird im Methankühler auf –150 bis –160 °C unterkühlt und anschließend über das Drosselventil entspannt. Sobald die Temperatur auf –162 °C gesunken ist, wird es in den LNG-Speichertank gepumpt. Das aus dem Methankühler verdampfte Gas wird unter Druck gesetzt und wassergekühlt, im Propankühler weiter abgekühlt, im Ethan- oder Ethylenkühler verflüssigt und schließlich wieder in den Methankühler zurückgeführt.
Der klassische Stufenkältekreislauf umfasst mehrere relativ unabhängige und miteinander verbundene Kühlstufen. Da das Kältemittel üblicherweise durch einen mehrstufigen Kompressor verdichtet wird, kann es in jeder Kühlstufe unter verschiedenen Drücken verdampfen und auf verschiedene Temperaturstufen verteilt werden, um das Erdgas zu kühlen. Das jeweils verdampfte Kältemittel gelangt dann zur Verdichtung in die entsprechende Kompressorstufe. In jeder Kühlstufe unterscheidet sich lediglich das Kältemittel; der Betriebsprozess ist im Wesentlichen gleich.
Die Vorteile des Stufenkältekreislaufs sind:
① Geringer Energieverbrauch;
② Das Kältemittel ist rein und es gibt kein Dosierungsproblem;
③ Ausgereifte Technologie und stabiler Betrieb
Die Nachteile des Stufenkältekreislaufs sind:
① Es gibt viele Einheiten und der Prozess ist komplex;
② Es gibt viele Hilfseinrichtungen, und es sollte auch Spezialausrüstung für die Herstellung und Lagerung verschiedener Kältemittel geben;
③ Die Rohrleitung und das Steuerungssystem sind komplex und wartungsaufwändig.
Veröffentlichungsdatum: 26. September 2021