A liquefação do gás natural é um processo de baixa temperatura. O gás natural bruto purificado entra no trocador de calor para resfriamento, condensação e subresfriamento em baixa temperatura, sendo então estrangulado e despressurizado a uma temperatura de -160 a 165 °C, entrando em seguida no tanque de armazenamento de GNL.
A relação entre o calor e a temperatura do resfriamento, condensação e subresfriamento do gás natural é a seguinte:
1) Tipos de ciclo de refrigeração
Para liquefazer o gás natural, é necessário remover o calor gerado durante o processo de resfriamento, condensação e super-resfriamento, ou seja, é preciso ter capacidade de resfriamento para realizar essa troca.
O sistema de refrigeração instalado no processo de liquefação tem como objetivo fazer com que o trocador de calor atinja a menor diferença de temperatura possível entre o fluxo de frio e o fluxo de calor, de forma a obter uma alta eficiência de refrigeração.
O sistema de refrigeração para liquefação de gás natural é bastante consolidado, e os processos comumente utilizados incluem:
Ciclo de refrigeração por etapas
Ciclo de refrigeração com refrigerante misto
Ciclo de refrigeração com mistura de refrigerantes e pré-resfriamento
Mecanismo de expansão ciclo frio
2) Ciclo de refrigeração em etapas
O ciclo de refrigeração por etapas foi aplicado pela primeira vez a produtos de gás natural liquefeito em 1939. Foi instalado em Cleveland, nos Estados Unidos, utilizando NH3 e C2H4 como refrigerantes do primeiro e segundo estágios.
Na primeira etapa, utiliza-se propano ou Freon como refrigerante. O gás natural purificado é resfriado a -35 ~ -40 ℃ em um resfriador de propano ou Freon. Após a separação dos hidrocarbonetos pesados acima do pentano, ele entra na segunda etapa de resfriamento. O gás propano evaporado do resfriador de propano é pressurizado pelo compressor, reliquefeito após resfriamento pelo resfriador de água e reciclado para o resfriador de propano.
Na segunda etapa, utiliza-se etano ou etileno como refrigerante, e o gás natural é resfriado a -90 ~ -100 ℃ e liquefeito na terceira etapa para resfriamento. Após a pressurização e o resfriamento com água, o gás evaporado do resfriador de etano ou etileno é resfriado e liquefeito em um resfriador de propano e reciclado para o resfriador de etano ou etileno.
Na terceira etapa, o metano é utilizado como refrigerante. O gás natural liquefeito é sub-resfriado a -150 ~ -160 °C no resfriador de metano e, em seguida, despressurizado através da válvula de expansão. Após a temperatura cair para -162 °C, ele é bombeado para o tanque de armazenamento de GNL. O gás evaporado do resfriador de metano é pressurizado e resfriado a água, resfriado no resfriador de propano, liquefeito no resfriador de etano ou etileno e reciclado para o resfriador de metano.
O ciclo clássico de refrigeração por etapas inclui vários estágios de resfriamento relativamente independentes e interligados. Como o fluido refrigerante é geralmente comprimido por um compressor multiestágios, em cada estágio de resfriamento, o fluido refrigerante pode evaporar sob diferentes pressões e ser dividido em vários níveis de temperatura para resfriar o gás natural, e o fluido refrigerante evaporado sob cada pressão entra no estágio de compressão correspondente para ser comprimido. Em cada estágio de resfriamento, apenas o fluido refrigerante é diferente, e o processo de operação é basicamente semelhante.
As vantagens do ciclo de refrigeração por etapas são:
① Baixo consumo de energia;
② O fluido refrigerante é puro e não apresenta problemas de proporção;
③ Tecnologia consolidada e operação estável
As desvantagens do ciclo de refrigeração por etapas são:
① Existem muitas unidades e o processo é complexo;
② Existem muitos equipamentos auxiliares, e deve haver equipamentos especializados na produção e armazenamento de uma variedade de refrigerantes;
③ O sistema de tubulação e controle é complexo e de difícil manutenção.
Data da publicação: 26/09/2021