La licuefacción de gas natural es un proceso a baja temperatura. El gas natural crudo purificado entra en el intercambiador de calor para su enfriamiento, condensación y subenfriamiento a baja temperatura, se estrangula y despresuriza a una temperatura de -160 a 165 ℃, y entra en el tanque de almacenamiento de GNL.
La relación entre el calor y la temperatura del enfriamiento, la condensación y el subenfriamiento del gas natural es la siguiente:
1) Tipos de ciclo de refrigeración
Para licuar el gas natural, es necesario eliminar el calor que se produce durante el proceso de enfriamiento, condensación y superenfriamiento del gas natural; es decir, se requiere una capacidad de enfriamiento equivalente para intercambiarla con él.
El sistema de refrigeración empleado en el proceso de licuefacción tiene como objetivo lograr que el intercambiador de calor alcance la mínima diferencia de temperatura entre el flujo frío y el flujo caliente, para así obtener una alta eficiencia de refrigeración.
El sistema de refrigeración para la licuefacción de gas natural está muy desarrollado, y los procesos comúnmente utilizados incluyen:
Ciclo de refrigeración por etapas
Ciclo de refrigeración con refrigerante mixto
Ciclo de refrigeración con refrigerante mixto y preenfriamiento.
Mecanismo de expansión del ciclo frío
2) Ciclo de refrigeración por etapas
El ciclo de refrigeración por etapas se aplicó por primera vez a productos de gas natural licuado en 1939. Se instaló en Cleveland, Estados Unidos, utilizando NH3 y C2H4 como refrigerantes de primera y segunda etapa.
En la primera etapa, se utiliza propano o freón como refrigerante. El gas natural purificado se enfría a -35 ~ -40 ℃ en un enfriador de propano o freón. Tras separar los hidrocarburos pesados por encima del pentano, pasa a la segunda etapa de enfriamiento. El gas propano evaporado del enfriador de propano se presuriza mediante un compresor, se vuelve a licuar tras enfriarse en un enfriador de agua y se recircula al enfriador de propano.
En la segunda etapa, se utiliza etano o etileno como refrigerante, y el gas natural se enfría a entre -90 y -100 °C y se licúa en la tercera etapa para su enfriamiento. Tras la presurización y el enfriamiento con agua, el gas evaporado del enfriador de etano o etileno se enfría y licúa en un enfriador de propano y se recircula al enfriador de etano o etileno.
En la tercera etapa, se utiliza metano como refrigerante. El gas natural licuado se subenfría a -150 ~ -160 °C en el enfriador de metano y luego se despresuriza mediante la válvula de estrangulamiento. Una vez que la temperatura desciende a -162 °C, se bombea al tanque de almacenamiento de GNL. El gas evaporado del enfriador de metano se presuriza y enfría con agua, se enfría en el enfriador de propano, se licúa en el enfriador de etano o etileno y se recicla al enfriador de metano.
El ciclo de refrigeración clásico por etapas incluye varias etapas de enfriamiento relativamente independientes y conectadas. Dado que el refrigerante generalmente se comprime mediante un compresor multietapa, en cada etapa de enfriamiento, el refrigerante puede evaporarse a diferentes presiones y dividirse en distintos niveles de temperatura para enfriar el gas natural. El refrigerante evaporado a cada presión ingresa a la etapa de compresión correspondiente. En cada etapa de enfriamiento, solo varía el refrigerante, y el proceso de operación es básicamente similar.
Las ventajas del ciclo de refrigeración por etapas son:
① Bajo consumo de energía;
② El refrigerante es puro y no tiene problemas de dosificación;
③ Tecnología madura y funcionamiento estable
Las desventajas del ciclo de refrigeración por etapas son:
① Hay muchas unidades y el proceso es complejo;
② Hay muchos equipos auxiliares, y debería haber equipos especializados en la producción y almacenamiento de una variedad de refrigerantes;
③ El sistema de tuberías y control es complejo y su mantenimiento resulta inconveniente.
Fecha de publicación: 26 de septiembre de 2021