Η υγροποίηση φυσικού αερίου είναι μια διαδικασία χαμηλής θερμοκρασίας

Η υγροποίηση φυσικού αερίου είναι μια διαδικασία χαμηλής θερμοκρασίας. Το καθαρισμένο ακατέργαστο φυσικό αέριο εισέρχεται στον εναλλάκτη θερμότητας για ψύξη σε χαμηλή θερμοκρασία, συμπύκνωση και υπόψυξη, περιορίζει την πίεση και τη στραγγαλίζει σε θερμοκρασία – 160 ~ 165 ℃ και εισέρχεται στη δεξαμενή αποθήκευσης LNG.
Η σχέση μεταξύ της θερμότητας και της θερμοκρασίας της ψύξης, της συμπύκνωσης και της υπόψυξης φυσικού αερίου έχει ως εξής:
1) Τύποι ψυκτικών κύκλων
Για την υγροποίηση του φυσικού αερίου, η θερμότητα που προέρχεται από τη διαδικασία ψύξης, συμπύκνωσης και υπερψύξης του φυσικού αερίου πρέπει να αφαιρεθεί, δηλαδή απαιτείται η αντίστοιχη ψυκτική ικανότητα για ανταλλαγή με αυτό.
Το σύστημα ψύξης που είναι εξοπλισμένο στη διαδικασία υγροποίησης έχει ως στόχο να επιτύχει ο εναλλάκτης θερμότητας την ελάχιστη διαφορά θερμοκρασίας μεταξύ της ροής κρύου και θερμότητας, έτσι ώστε να επιτευχθεί υψηλή απόδοση ψύξης.
Το σύστημα ψύξης για την υγροποίηση φυσικού αερίου είναι πολύ ώριμο και οι συνήθως χρησιμοποιούμενες διαδικασίες περιλαμβάνουν:
Κύκλος ψύξης σταδίων
Κύκλος ψύξης μεικτού ψυκτικού μέσου
Κύκλος ψύξης μεικτού ψυκτικού με πρόψυξη
Μηχανισμός διαστολής με κρύο κύκλο
2) Κύκλος ψύξης σε βήματα
Ο σταδιακός κύκλος ψύξης εφαρμόστηκε για πρώτη φορά σε προϊόντα υγροποιημένου φυσικού αερίου το 1939. Εγκαταστάθηκε στο Κλίβελαντ των Ηνωμένων Πολιτειών, χρησιμοποιώντας NH3 και C2H4 ως ψυκτικά μέσα πρώτου και δεύτερου σταδίου.
Στο πρώτο στάδιο, χρησιμοποιείται προπάνιο ή φρέον ως ψυκτικό μέσο. Το καθαρό φυσικό αέριο ψύχεται στους –35 ~ –40 ℃ σε ψύκτη προπανίου ή φρέον. Μετά τον διαχωρισμό των βαρέων υδρογονανθράκων πάνω από το πεντάνιο, εισέρχεται στο δεύτερο στάδιο για ψύξη. Το αέριο προπάνιο που εξατμίζεται από τον ψύκτη προπανίου συμπιέζεται από τον συμπιεστή, υγροποιείται ξανά μετά από ψύξη από τον ψύκτη νερού και ανακυκλώνεται στον ψύκτη προπανίου.
Στο δεύτερο στάδιο, χρησιμοποιείται αιθάνιο ή αιθυλένιο ως ψυκτικό μέσο και το φυσικό αέριο ψύχεται στους –90 ~ –100 ℃ στο δεύτερο στάδιο και υγροποιείται στο τρίτο στάδιο για ψύξη. Μετά την συμπίεση και την ψύξη με νερό, το αέριο που εξατμίζεται από το ψυγείο αιθανίου ή αιθυλενίου ψύχεται και υγροποιείται σε ψυγείο προπανίου και ανακυκλώνεται σε ψυγείο αιθανίου ή αιθυλενίου.
Στο τρίτο στάδιο, το μεθάνιο χρησιμοποιείται ως ψυκτικό μέσο. Το υγροποιημένο φυσικό αέριο υποψύχεται στους –150 ~ –160 ℃ στον ψύκτη μεθανίου και στη συνέχεια αποσυμπιέζεται μέσω της βαλβίδας πεταλούδας. Αφού η θερμοκρασία πέσει στους –162 ℃, αντλείται στη δεξαμενή αποθήκευσης LNG. Το αέριο που εξατμίζεται από τον ψύκτη μεθανίου συμπιέζεται και ψύχεται με νερό, ψύχεται στον ψύκτη προπανίου, υγροποιείται στον ψύκτη αιθανίου ή αιθυλενίου και ανακυκλώνεται στον ψύκτη μεθανίου.
Ο κλασικός κύκλος ψύξης σε στάδια περιλαμβάνει αρκετά σχετικά ανεξάρτητα και συνδεδεμένα στάδια ψύξης. Δεδομένου ότι το ψυκτικό μέσο γενικά συμπιέζεται από πολυβάθμιο συμπιεστή, σε κάθε στάδιο ψύξης, το ψυκτικό μέσο μπορεί να εξατμιστεί υπό διάφορες πιέσεις και να διαιρεθεί σε διάφορα επίπεδα θερμοκρασίας για να ψύξει το φυσικό αέριο, και το ψυκτικό μέσο που εξατμίζεται υπό κάθε πίεση εισέρχεται στο αντίστοιχο στάδιο του συμπιεστή για συμπίεση. Σε κάθε στάδιο ψύξης, μόνο το ψυκτικό μέσο είναι διαφορετικό και η διαδικασία λειτουργίας είναι ουσιαστικά παρόμοια.
Τα πλεονεκτήματα του σταδιακού κύκλου ψύξης είναι:
① Χαμηλή κατανάλωση ενέργειας.
② Το ψυκτικό μέσο είναι καθαρό και δεν έχει πρόβλημα αναλογίας.
③ Ώριμη τεχνολογία και σταθερή λειτουργία
Τα μειονεκτήματα του σταδιακού κύκλου ψύξης είναι:
① Υπάρχουν πολλές μονάδες και η διαδικασία είναι περίπλοκη.
② Υπάρχει πολύς βοηθητικός εξοπλισμός και θα πρέπει να υπάρχει εξοπλισμός εξειδικευμένος στην παραγωγή και αποθήκευση ποικίλων ψυκτικών μέσων.
③ Ο αγωγός και το σύστημα ελέγχου είναι πολύπλοκα και ακατάλληλα για συντήρηση