La liquefazione del gas naturale è un processo a bassa temperatura. Il gas naturale grezzo purificato entra nello scambiatore di calore per il raffreddamento a bassa temperatura, la condensazione e il sottoraffreddamento, viene laminato e depressurizzato a una temperatura di -160 ~ 165 °C e infine convogliato nel serbatoio di stoccaggio del GNL.
La relazione tra il calore e la temperatura del raffreddamento, della condensazione e del sottoraffreddamento del gas naturale è la seguente:
1) Tipi di ciclo di refrigerazione
Per liquefare il gas naturale, è necessario rimuovere il calore generato dai processi di raffreddamento, condensazione e sottoraffreddamento del gas stesso, ovvero è necessaria una corrispondente capacità di raffreddamento da scambiare con esso.
Il sistema di refrigerazione impiegato nel processo di liquefazione ha lo scopo di far sì che lo scambiatore di calore raggiunga la minima differenza di temperatura tra il flusso freddo e quello caldo, in modo da ottenere un'elevata efficienza di refrigerazione.
Il sistema di refrigerazione per la liquefazione del gas naturale è molto consolidato e i processi comunemente utilizzati includono:
Ciclo di refrigerazione a fasi
Ciclo di refrigerazione a refrigerante misto
Ciclo di refrigerazione a refrigerante misto con preraffreddamento
Meccanismo di espansione ciclo freddo
2) Ciclo di refrigerazione a fasi
Il ciclo di refrigerazione a stadi fu applicato per la prima volta ai prodotti a base di gas naturale liquefatto nel 1939. L'impianto fu installato a Cleveland, negli Stati Uniti, utilizzando NH3 e C2H4 come refrigeranti per il primo e il secondo stadio.
Nella prima fase, il propano o il Freon vengono utilizzati come refrigerante. Il gas naturale purificato viene raffreddato a -35 ~ -40 °C in un refrigeratore a propano o Freon. Dopo la separazione degli idrocarburi pesanti superiori al pentano, passa alla seconda fase di raffreddamento. Il gas propano evaporato dal refrigeratore a propano viene pressurizzato dal compressore, riliquefatto dopo il raffreddamento da un refrigeratore ad acqua e riciclato nel refrigeratore a propano.
Nella seconda fase, come refrigerante viene utilizzato etano o etilene, e il gas naturale viene raffreddato a -90 ~ -100 °C e liquefatto nella terza fase per il raffreddamento. Dopo la pressurizzazione e il raffreddamento ad acqua, il gas evaporato dal refrigeratore di etano o etilene viene raffreddato e liquefatto nel refrigeratore di propano e riciclato al refrigeratore di etano o etilene.
Nella terza fase, il metano viene utilizzato come refrigerante. Il gas naturale liquefatto viene sottoraffreddato a -150 ~ -160 °C nel refrigeratore di metano e quindi depressurizzato attraverso la valvola di laminazione. Dopo che la temperatura scende a -162 °C, viene pompato nel serbatoio di stoccaggio del GNL. Il gas evaporato dal refrigeratore di metano viene pressurizzato e raffreddato ad acqua, raffreddato nel refrigeratore di propano, liquefatto nel refrigeratore di etano o etilene e riciclato al refrigeratore di metano.
Il ciclo frigorifero classico comprende diverse fasi di raffreddamento relativamente indipendenti e interconnesse. Poiché il refrigerante viene generalmente compresso da un compressore multistadio, in ogni fase di raffreddamento il refrigerante può evaporare a diverse pressioni e suddividersi in diversi livelli di temperatura per raffreddare il gas naturale, e il refrigerante evaporato a ciascuna pressione entra nella corrispondente fase di compressione. In ogni fase di raffreddamento, cambia solo il refrigerante, mentre il processo operativo è sostanzialmente simile.
I vantaggi del ciclo di refrigerazione a fasi sono:
① Basso consumo energetico;
② Il refrigerante è puro e non presenta problemi di dosaggio;
③ Tecnologia matura e funzionamento stabile
Gli svantaggi del ciclo di refrigerazione a fasi sono:
① Sono presenti numerose unità e il processo è complesso;
② Sono presenti numerose apparecchiature ausiliarie, e dovrebbero esserci anche apparecchiature specializzate nella produzione e nello stoccaggio di una varietà di refrigeranti;
③ La conduttura e il sistema di controllo sono complessi e difficili da manutenere
Data di pubblicazione: 26 settembre 2021