Utekočinjanje zemeljskega plina je nizkotemperaturni postopek

Utekočinjanje zemeljskega plina je nizkotemperaturni postopek. Prečiščen surovi zemeljski plin vstopi v toplotni izmenjevalnik za nizkotemperaturno hlajenje, kondenzacijo in podhlajanje, se duši in razbremeni pri temperaturi –160 ~ 165 ℃ ter vstopi v rezervoar za utekočinjeni zemeljski plin (LNG).
Razmerje med toploto in temperaturo hlajenja, kondenzacije in podhlajanja zemeljskega plina je naslednje:
1) Vrste hladilnih ciklov
Za utekočinjenje zemeljskega plina je treba odstraniti toploto, ki nastane pri hlajenju, kondenzaciji in podhlajevanju zemeljskega plina, torej je za izmenjavo z njim potrebna ustrezna hladilna zmogljivost.
Hladilni sistem, opremljen v procesu utekočinjanja, je namenjen temu, da toplotni izmenjevalnik doseže minimalno temperaturno razliko med hladnim in toplotnim tokom, da se doseže visoka učinkovitost hlajenja.
Hladilni sistem za utekočinjanje zemeljskega plina je zelo dovršen, med pogosto uporabljene postopke pa spadajo:
Stopenjski hladilni cikel
Hladilni cikel z mešanim hladilnim sredstvom
Hladilni cikel z mešanim hladilnim sredstvom s predhlajenjem
Raztezni mehanizem hladni cikel
2) Stopenjski hladilni cikel
Stopenjski hladilni cikel je bil prvič uporabljen za utekočinjeni zemeljski plin leta 1939. Nameščen je bil v Clevelandu v Združenih državah Amerike, pri čemer sta bila kot hladilna sredstva prve in druge stopnje uporabljena NH3 in C2H4.
V prvi fazi se kot hladilno sredstvo uporablja propan ali freon. Prečiščen zemeljski plin se v hladilniku propana ali freona ohladi na –35 ~ –40 ℃. Po ločitvi težkih ogljikovodikov nad pentanom vstopi v drugo stopnjo za hlajenje. Propan, ki upari iz hladilnika propana, se s kompresorjem stisne, po ohladitvi v vodnem hladilniku ponovno utekočini in reciklira v hladilnik propana.
V drugi fazi se kot hladilno sredstvo uporablja etan ali etilen, zemeljski plin pa se v drugi fazi ohladi na –90 ~ –100 ℃ in utekočini v tretji fazi za hlajenje. Po stiskanju in vodnem hlajenju se plin, ki je izhlapel iz hladilnika etana ali etilena, ohladi in utekočini v hladilniku propana ter reciklira v hladilnik etana ali etilena.
V tretji fazi se kot hladilno sredstvo uporablja metan. Utekočinjeni zemeljski plin se v hladilniku metana podhladi na –150 ~ –160 ℃, nato pa se tlak sprosti skozi dušilni ventil. Ko temperatura pade na –162 ℃, se prečrpa v rezervoar za utekočinjeni zemeljski plin (LNG). Plin, ki izhlapi iz hladilnika metana, se stisne in ohladi z vodo, nato se ohladi v hladilniku propana, utekočini v hladilniku etana ali etilena in reciklira v hladilnik metana.
Klasični stopenjski hladilni cikel vključuje več relativno neodvisnih in povezanih hladilnih stopenj. Ker hladilno sredstvo običajno stisne večstopenjski kompresor, lahko v vsaki hladilni stopnji hladilno sredstvo izhlapi pod različnimi tlaki in se razdeli na več temperaturnih nivojev za hlajenje zemeljskega plina, hladilno sredstvo, ki se izhlapi pod vsakim tlakom, pa vstopi v ustrezno stopnjo kompresorja za kompresijo. V vsaki hladilni stopnji se razlikuje le hladilno sredstvo, postopek delovanja pa je v osnovi podoben.
Prednosti stopenjskega hladilnega cikla so:
① Nizka poraba energije;
② Hladilno sredstvo je čisto in nima težav s sorazmerjem;
③ Zrela tehnologija in stabilno delovanje
Slabosti stopenjskega hladilnega cikla so:
① Obstaja veliko enot in postopek je zapleten;
② Obstaja veliko pomožne opreme in na voljo mora biti oprema, specializirana za proizvodnjo in shranjevanje različnih hladilnih sredstev;
③ Cevovod in krmilni sistem sta zapletena in neprimerna za vzdrževanje