A földgáz cseppfolyósítása alacsony hőmérsékletű folyamat

A földgáz cseppfolyósítása alacsony hőmérsékletű folyamat. A tisztított nyers földgáz belép a hőcserélőbe alacsony hőmérsékletű hűtés, kondenzáció és túlhűtés céljából, majd –160 ~ 165 ℃ hőmérsékleten fojtódik és nyomáscsökkentésnek indul, végül pedig az LNG-tárolótartályba kerül.
A földgáz hűlésének, kondenzációjának és túlhűtésének hője és hőmérséklete közötti összefüggés a következő:
1) A hűtési ciklusok típusai
A földgáz cseppfolyósításához el kell vonni a földgáz hűtése, kondenzációja és túlhűtése során keletkező hőt, azaz a megfelelő hűtőkapacitást ki kell cserélni vele.
A cseppfolyósítási folyamatban felszerelt hűtőrendszer célja, hogy a hőcserélő minimális hőmérsékletkülönbséget érjen el a hideg és a hő áramlása között, így magas hűtési hatékonyságot érve el.
A földgáz cseppfolyósítására szolgáló hűtőrendszer nagyon fejlett, és az általánosan használt folyamatok a következők:
Lépcsős hűtési ciklus
Vegyes hűtőközeges hűtési ciklus
Vegyes hűtőközeges hűtési ciklus előhűtéssel
Tágulási mechanizmus hideg ciklus
2) Lépcsős hűtési ciklus
A lépcsőzetes hűtési ciklust először 1939-ben alkalmazták cseppfolyósított földgázzal működő termékeknél. Clevelandben, az Egyesült Államokban telepítették, NH3-at és C2H4-et használva első és második fokozatú hűtőközegként.
Az első szakaszban propánt vagy freont használnak hűtőközegként. A tisztított földgázt –35 ~ –40 ℃-ra hűtik propán- vagy freonhűtőben. A pentán feletti nehéz szénhidrogének elválasztása után a második szakaszba lép hűtés céljából. A propánhűtőből elpárologtatott propángázt a kompresszor nyomás alá helyezi, a vízhűtőben történő hűtés után újra cseppfolyósítja, majd visszavezeti a propánhűtőbe.
A második szakaszban etánt vagy etilént használnak hűtőközegként, a földgázt pedig –90 ~ –100 ℃-ra hűtik a második szakaszban, majd cseppfolyósítják a harmadik szakaszba hűtés céljából. Nyomás alá helyezés és vízzel való hűtés után az etán- vagy etilénhűtőből elpárolgott gázt lehűtik és cseppfolyósítják egy propánhűtőben, majd visszavezetik az etán- vagy etilénhűtőbe.
A harmadik szakaszban metánt használnak hűtőközegként. A cseppfolyósított földgázt a metánhűtőben –150 ~ –160 ℃-ra hűtik, majd a fojtószelepen keresztül nyomásmentesítik. Miután a hőmérséklete –162 ℃-ra csökken, az LNG-tárolótartályba pumpálják. A metánhűtőből elpárolgott gázt nyomás alá helyezik és vízhűtés alá helyezik, majd a propánhűtőben lehűtik, az etán- vagy etilénhűtőben cseppfolyósítják, és visszavezetik a metánhűtőbe.
A klasszikus lépcsőzetes hűtési ciklus több, viszonylag független és összekapcsolt hűtési szakaszt foglal magában. Mivel a hűtőközeget általában többlépcsős kompresszor sűríti össze, minden hűtési szakaszban a hűtőközeg több nyomás alatt elpárologhat, és több hőmérsékleti szintre osztható a földgáz lehűtése érdekében, és az egyes nyomások alatt elpárolgott hűtőközeg a megfelelő kompresszorfokozatba jut sűrítés céljából. Minden hűtési szakaszban csak a hűtőközeg különbözik, a működési folyamat alapvetően hasonló.
A lépcsőzetes hűtési ciklus előnyei a következők:
① Alacsony energiafogyasztás;
② A hűtőközeg tiszta és nincs adagolási problémája;
③ Érett technológia és stabil működés
A lépcsőzetes hűtési ciklus hátrányai a következők:
① Sok egység van, és a folyamat összetett;
② Számos segédberendezés létezik, és olyan berendezéseknek kell lenniük, amelyek különféle hűtőközegek előállítására és tárolására specializálódtak;
③ A csővezeték és a vezérlőrendszer bonyolult és kényelmetlen karbantartani