Skvapalňovanie zemného plynu je nízkoteplotný proces. Vyčistený surový zemný plyn vstupuje do výmenníka tepla na nízkoteplotné chladenie, kondenzáciu a podchladenie, škrtí sa a odtlakuje pri teplote –160 ~ 165 ℃ a vstupuje do zásobníka LNG.
Vzťah medzi teplom a teplotou zemného plynu pri chladení, kondenzácii a podchladení je nasledovný:
1) Typy chladiacich cyklov
Na skvapalňovanie zemného plynu je potrebné odstrániť teplo vznikajúce v procese chladenia, kondenzácie a podchladenia zemného plynu, to znamená, že na jeho výmenu je potrebná zodpovedajúca chladiaca kapacita.
Chladiaci systém vybavený procesom skvapalňovania má zabezpečiť, aby výmenník tepla dosiahol minimálny teplotný rozdiel medzi prúdením studeného a tepelného média, a tým sa dosiahla vysoká účinnosť chladenia.
Chladiaci systém na skvapalňovanie zemného plynu je veľmi vyspelý a medzi bežne používané procesy patria:
Krokový chladiaci cyklus
Chladiaci cyklus so zmiešaným chladivom
Chladiaci cyklus so zmiešaným chladivom s predchladením
Expanzný mechanizmus za studena
2) Krokový chladiaci cyklus
Krokový chladiaci cyklus bol prvýkrát použitý na produkty skvapalneného zemného plynu v roku 1939. Bol inštalovaný v Clevelande v Spojených štátoch, pričom ako chladivá prvého a druhého stupňa sa používali NH3 a C2H4.
V prvom stupni sa ako chladivo používa propán alebo freón. Vyčistený zemný plyn sa ochladí na –35 ~ –40 ℃ v propánovom alebo freónovom chladiči. Po oddelení ťažkých uhľovodíkov nad pentánom vstupuje do druhého stupňa na chladenie. Propán odparený z propánového chladiča sa stlačí kompresorom, po ochladení vodným chladičom sa opäť skvapalní a recykluje sa do propánového chladiča.
V druhom stupni sa ako chladivo používa etán alebo etylén a zemný plyn sa v druhom stupni ochladí na –90 ~ –100 ℃ a skvapalní sa v treťom stupni na chladenie. Po natlakovaní a ochladení vodou sa plyn odparený z etánového alebo etylénového chladiča ochladí a skvapalní v propánovom chladiči a recykluje sa do etánového alebo etylénového chladiča.
V tretej fáze sa ako chladivo používa metán. Skvapalnený zemný plyn sa v metánovom chladiči podchladí na –150 ~ –160 ℃ a potom sa odtlakuje cez škrtiaci ventil. Po poklese teploty na –162 ℃ sa prečerpá do zásobníka LNG. Plyn odparený z metánového chladiča sa natlakuje a ochladí vodou, ochladí sa v propánovom chladiči, skvapalnie v etánovom alebo etylénovom chladiči a recykluje sa do metánového chladiča.
Klasický stupňovitý chladiaci cyklus zahŕňa niekoľko relatívne nezávislých a prepojených chladiacich stupňov. Keďže chladivo je vo všeobecnosti stláčané viacstupňovým kompresorom, v každom chladiacom stupni sa chladivo môže odparovať pri rôznych tlakoch a rozdeliť na niekoľko teplotných úrovní, aby sa ochladil zemný plyn, a chladivo odparené pri každom tlaku vstupuje do príslušného kompresorového stupňa na kompresiu. V každom chladiacom stupni sa líši iba chladivo a prevádzkový proces je v podstate podobný.
Výhody stupňovitého chladiaceho cyklu sú:
① Nízka spotreba energie;
② Chladivo je čisté a nemá problém s jeho dávkovaním;
③ Vyspelá technológia a stabilná prevádzka
Nevýhody stupňovitého chladiaceho cyklu sú:
① Existuje veľa jednotiek a proces je zložitý;
② Existuje veľa pomocných zariadení a malo by existovať zariadenie špecializované na výrobu a skladovanie rôznych chladív;
③ Potrubie a riadiaci systém sú zložité a ich údržba je nepraktická
Čas uverejnenia: 26. septembra 2021