การทำให้ก๊าซธรรมชาติเป็นของเหลวเป็นกระบวนการที่ใช้อุณหภูมิต่ำ

การทำให้ก๊าซธรรมชาติเป็นของเหลวเป็นกระบวนการที่อุณหภูมิต่ำ ก๊าซธรรมชาติบริสุทธิ์จะเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนเพื่อทำความเย็นที่อุณหภูมิต่ำ การควบแน่น และการลดอุณหภูมิ จากนั้นจะลดความดันและลดปริมาณการไหลที่อุณหภูมิ -160 ถึง 165 องศาเซลเซียส และเข้าสู่ถังเก็บ LNG
ความสัมพันธ์ระหว่างความร้อนและอุณหภูมิของการทำความเย็น การควบแน่น และการลดอุณหภูมิของก๊าซธรรมชาติ มีดังนี้:
1) ประเภทของวงจรทำความเย็น
ในการทำให้ก๊าซธรรมชาติกลายเป็นของเหลว จำเป็นต้องกำจัดความร้อนที่เกิดขึ้นในกระบวนการทำความเย็น การควบแน่น และการเย็นตัวเกินของก๊าซธรรมชาติ ซึ่งหมายความว่าต้องมีกำลังการทำความเย็นที่เหมาะสมเพื่อแลกเปลี่ยนกับความร้อนนั้น
ระบบทำความเย็นที่ติดตั้งในกระบวนการแปรสภาพเป็นของเหลวมีจุดประสงค์เพื่อให้เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนสามารถลดความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างกระแสความเย็นและกระแสความร้อนให้เหลือน้อยที่สุด เพื่อให้ได้ประสิทธิภาพการทำความเย็นสูง
ระบบทำความเย็นสำหรับการทำให้ก๊าซธรรมชาติเป็นของเหลวนั้นมีความสมบูรณ์มากแล้ว และกระบวนการที่ใช้กันทั่วไป ได้แก่:
วงจรทำความเย็นแบบขั้นบันได
วงจรทำความเย็นแบบสารทำความเย็นผสม
วงจรทำความเย็นแบบผสมสารทำความเย็นพร้อมการทำความเย็นล่วงหน้า
กลไกการขยายตัวแบบวงจรเย็น
2) วงจรทำความเย็นแบบขั้นบันได
ระบบทำความเย็นแบบหลายขั้นตอนถูกนำมาใช้กับผลิตภัณฑ์ก๊าซธรรมชาติเหลวเป็นครั้งแรกในปี 1939 โดยติดตั้งที่เมืองคลีฟแลนด์ ประเทศสหรัฐอเมริกา โดยใช้แอมโมเนีย (NH3) และคลอโรฟอร์ม (C2H4) เป็นสารทำความเย็นในขั้นตอนแรกและขั้นตอนที่สอง
ในขั้นตอนแรก จะใช้โพรเพนหรือฟรีออนเป็นสารทำความเย็น ก๊าซธรรมชาติบริสุทธิ์จะถูกทำให้เย็นลงถึง –35 ถึง –40 องศาเซลเซียสในเครื่องทำความเย็นโพรเพนหรือฟรีออน หลังจากแยกไฮโดรคาร์บอนหนักที่มากกว่าเพนเทนออกแล้ว จะเข้าสู่ขั้นตอนที่สองเพื่อทำความเย็น ก๊าซโพรเพนที่ระเหยจากเครื่องทำความเย็นโพรเพนจะถูกอัดความดันโดยคอมเพรสเซอร์ ทำให้กลับมาเป็นของเหลวอีกครั้งหลังจากทำความเย็นโดยเครื่องทำความเย็นน้ำ และหมุนเวียนกลับไปยังเครื่องทำความเย็นโพรเพน
ในขั้นตอนที่สอง จะใช้อีเทนหรือเอทิลีนเป็นสารทำความเย็น โดยก๊าซธรรมชาติจะถูกทำให้เย็นลงถึง –90 ถึง –100 องศาเซลเซียสในขั้นตอนที่สอง แล้วจึงเปลี่ยนเป็นของเหลวในขั้นตอนที่สามเพื่อทำความเย็นต่อไป หลังจากเพิ่มความดันและทำความเย็นด้วยน้ำแล้ว ก๊าซที่ระเหยจากเครื่องทำความเย็นอีเทนหรือเอทิลีนจะถูกทำให้เย็นลงและเปลี่ยนเป็นของเหลวในเครื่องทำความเย็นโพรเพน แล้วนำกลับไปใช้ในเครื่องทำความเย็นอีเทนหรือเอทิลีนอีกครั้ง
ในขั้นตอนที่สาม จะใช้มีเทนเป็นสารทำความเย็น ก๊าซธรรมชาติเหลวจะถูกลดอุณหภูมิลงเหลือ –150 ถึง –160 องศาเซลเซียสในเครื่องทำความเย็นมีเทน จากนั้นลดความดันผ่านวาล์วควบคุม เมื่ออุณหภูมิลดลงเหลือ –162 องศาเซลเซียส จะถูกสูบไปยังถังเก็บ LNG ก๊าซที่ระเหยจากเครื่องทำความเย็นมีเทนจะถูกอัดความดันและระบายความร้อนด้วยน้ำ จากนั้นทำให้เย็นลงในเครื่องทำความเย็นโพรเพน ทำให้เป็นของเหลวในเครื่องทำความเย็นอีเทนหรือเอทิลีน และหมุนเวียนกลับไปยังเครื่องทำความเย็นมีเทน
วงจรทำความเย็นแบบขั้นบันไดแบบดั้งเดิมประกอบด้วยขั้นตอนการทำความเย็นที่ค่อนข้างเป็นอิสระและเชื่อมต่อกันหลายขั้นตอน เนื่องจากโดยทั่วไปแล้วสารทำความเย็นจะถูกอัดโดยคอมเพรสเซอร์หลายขั้นตอน ในแต่ละขั้นตอนการทำความเย็น สารทำความเย็นสามารถระเหยภายใต้ความดันหลายระดับและแบ่งออกเป็นระดับอุณหภูมิหลายระดับเพื่อทำความเย็นก๊าซธรรมชาติ และสารทำความเย็นที่ระเหยภายใต้ความดันแต่ละระดับจะเข้าสู่ขั้นตอนคอมเพรสเซอร์ที่เกี่ยวข้องเพื่อทำการอัด ในแต่ละขั้นตอนการทำความเย็นจะมีเพียงสารทำความเย็นเท่านั้นที่แตกต่างกัน กระบวนการทำงานโดยพื้นฐานแล้วคล้ายคลึงกัน
ข้อดีของระบบทำความเย็นแบบขั้นบันไดมีดังนี้:
① ประหยัดพลังงาน
② สารทำความเย็นมีความบริสุทธิ์และไม่มีปัญหาเรื่องสัดส่วน
③ เทคโนโลยีที่พัฒนาแล้วและการดำเนินงานที่เสถียร
ข้อเสียของระบบทำความเย็นแบบขั้นบันได ได้แก่:
① มีหน่วยงานจำนวนมากและกระบวนการมีความซับซ้อน
② มีอุปกรณ์เสริมมากมาย และควรมีอุปกรณ์เฉพาะทางสำหรับการผลิตและจัดเก็บสารทำความเย็นหลากหลายชนิด
③ ระบบท่อและระบบควบคุมมีความซับซ้อนและบำรุงรักษายาก