Maakaasun nesteytys on matalassa lämpötilassa tapahtuva prosessi. Puhdistettu raaka maakaasu johdetaan lämmönvaihtimeen matalassa lämpötilassa tapahtuvaa jäähdytystä, lauhdutusta ja alijäähdytystä varten, kuristetaan ja paine laskee –160–165 ℃:n lämpötilassa ja johdetaan sitten LNG-varastosäiliöön.
Maakaasun jäähdytyksen, lauhtumisen ja alijäähdytyksen lämmön ja lämpötilan välinen suhde on seuraava:
1) Jäähdytyssyklin tyypit
Maakaasun nesteyttämiseksi on poistettava maakaasun jäähdytyksen, tiivistymisen ja alijäähdytyksen aikana syntyvä lämpö eli vastaava jäähdytyskapasiteetti on vaihdettava sen kanssa.
Nesteytysprosessissa varustetun jäähdytysjärjestelmän tarkoituksena on saada lämmönvaihdin saavuttamaan mahdollisimman pieni lämpötilaero kylmän ja lämmön virtauksen välillä, jotta saavutetaan korkea jäähdytystehokkuus.
Maakaasun nesteyttämiseen tarkoitettu jäähdytysjärjestelmä on erittäin kehittynyt, ja yleisesti käytettyihin prosesseihin kuuluvat:
Vaiheittainen jäähdytyssykli
Sekoitetun kylmäaineen jäähdytyskierto
Sekoitetun kylmäaineen jäähdytyskierto esijäähdytyksellä
Kylmäsyklinen laajennusmekanismi
2) Vaiheittainen jäähdytyssykli
Porrastettua jäähdytyssykliä sovellettiin ensimmäisen kerran nesteytetyn maakaasun tuotteisiin vuonna 1939. Se asennettiin Clevelandiin Yhdysvaltoihin, ja siinä käytettiin NH3:a ja C2H4:ää ensimmäisen ja toisen vaiheen kylmäaineina.
Ensimmäisessä vaiheessa kylmäaineena käytetään propaania tai freonia. Puhdistettu maakaasu jäähdytetään –35–40 ℃:een propaani- tai freonijäähdyttimessä. Kun raskaat hiilivedyt on erotettu pentaanin yläpuolella, se siirtyy toiseen vaiheeseen jäähdytettäväksi. Propaanijäähdyttimestä haihdutettu propaanikaasu paineistetaan kompressorilla, vesijäähdyttimessä jäähdytettynä se nesteytetään uudelleen ja kierrätetään propaanijäähdyttimeen.
Toisessa vaiheessa kylmäaineena käytetään etaania tai etyleeniä, ja maakaasu jäähdytetään –90–100 ℃:een ja nesteytetään kolmanteen vaiheeseen jäähdytystä varten. Paineistuksen ja vesijäähdytyksen jälkeen etaani- tai etyleenijäähdyttimestä haihdutettu kaasu jäähdytetään ja nesteytetään propaanijäähdyttimessä ja kierrätetään etaani- tai etyleenijäähdyttimeen.
Kolmannessa vaiheessa kylmäaineena käytetään metaania. Nesteytetty maakaasu alijäähdytetään –150–160 ℃:een metaanijäähdyttimessä ja sitten paine alennetaan kuristusventtiilin kautta. Kun lämpötila laskee –162 ℃:een, se pumpataan LNG-varastosäiliöön. Metaanijäähdyttimestä haihtunut kaasu paineistetaan ja vesijäähdytetään, jäähdytetään propaanijäähdyttimessä, nesteytetään etaani- tai eteenijäähdyttimessä ja kierrätetään metaanijäähdyttimeen.
Klassinen porrastettu jäähdytyskierto sisältää useita suhteellisen itsenäisiä ja toisiinsa kytkettyjä jäähdytysvaiheita. Koska kylmäaine puristetaan yleensä monivaiheisella kompressorilla, jokaisessa jäähdytysvaiheessa kylmäaine voi höyrystyä useissa paineissa ja jakautua useisiin lämpötilatasoihin maakaasun jäähdyttämiseksi, ja kussakin paineessa höyrystynyt kylmäaine siirtyy vastaavaan kompressorivaiheeseen puristettavaksi. Jokaisessa jäähdytysvaiheessa vain kylmäaine on erilainen, ja toimintaprosessi on periaatteessa samanlainen.
Vaiheittaisen jäähdytyssyklin edut ovat:
① Alhainen energiankulutus;
② Kylmäaine on puhdasta eikä siinä ole annosteluongelmia;
③ Kypsä teknologia ja vakaa toiminta
Vaiheittaisen jäähdytyssyklin haittoja ovat:
① Yksiköitä on useita ja prosessi on monimutkainen;
② Apulaitteita on paljon, ja tulisi olla laitteita, jotka ovat erikoistuneet erilaisten kylmäaineiden tuotantoon ja varastointiin;
③ Putkisto ja ohjausjärjestelmä ovat monimutkaisia ja hankalia ylläpitää
Julkaisun aika: 26.9.2021