Doğal gaz sıvılaştırma düşük sıcaklıkta bir işlemdir. Arıtılmış ham doğal gaz, düşük sıcaklıkta soğutma, yoğunlaştırma ve aşırı soğutma için ısı eşanjörüne girer, -160~165 ℃ sıcaklıkta kısılır ve basıncı düşürülür ve LNG depolama tankına girer.
Doğal gazın soğutulması, yoğunlaşması ve aşırı soğutulması sırasında ısı ve sıcaklık arasındaki ilişki aşağıdaki gibidir:
1) Soğutma çevrimi türleri
Doğalgazı sıvılaştırmak için, doğalgazın soğutulması, yoğunlaştırılması ve aşırı soğutulması süreçlerinde açığa çıkan ısının uzaklaştırılması, yani bununla birlikte kullanılacak uygun bir soğutma kapasitesinin sağlanması gerekmektedir.
Sıvılaştırma işleminde kullanılan soğutma sisteminin amacı, ısı eşanjörünün soğuk ve sıcak akış arasındaki sıcaklık farkını en aza indirerek yüksek soğutma verimliliği elde etmektir.
Doğal gaz sıvılaştırma için soğutma sistemi oldukça gelişmiştir ve yaygın olarak kullanılan süreçler şunlardır:
Kademeli soğutma döngüsü
Karışık soğutucu akışkanlı soğutma çevrimi
Ön soğutmalı karışık soğutucu akışkanlı soğutma çevrimi
Genleşme mekanizması soğuk çevrimi
2) Kademeli soğutma döngüsü
Kademeli soğutma çevrimi ilk olarak 1939'da sıvılaştırılmış doğal gaz ürünlerine uygulandı. Amerika Birleşik Devletleri'nde Cleveland'da kurulan bu sistemde birinci ve ikinci kademe soğutucu akışkanlar olarak NH3 ve C2H4 kullanıldı.
Birinci aşamada soğutucu olarak propan veya Freon kullanılır. Saflaştırılmış doğal gaz, propan veya Freon soğutucuda -35 ila -40 ℃'ye kadar soğutulur. Pentan üzerindeki ağır hidrokarbonlar ayrıldıktan sonra, soğutma için ikinci aşamaya geçer. Propan soğutucudan buharlaşan propan gazı kompresör tarafından basınçlandırılır, su soğutucu tarafından soğutulduktan sonra tekrar sıvılaştırılır ve propan soğutucuya geri dönüştürülür.
İkinci aşamada soğutucu olarak etan veya etilen kullanılır ve doğal gaz ikinci aşamada -90 ila -100 ℃'ye soğutulur ve üçüncü aşamada soğutma için sıvılaştırılır. Basınçlandırma ve su soğutmasından sonra, etan veya etilen soğutucudan buharlaşan gaz, propan soğutucuda soğutulup sıvılaştırılır ve etan veya etilen soğutucuya geri dönüştürülür.
Üçüncü aşamada soğutucu olarak metan kullanılır. Sıvılaştırılmış doğal gaz, metan soğutucuda -150 ila -160 ℃'ye kadar soğutulur ve ardından kısma vanası aracılığıyla basıncı düşürülür. Sıcaklık -162 ℃'ye düştükten sonra LNG depolama tankına pompalanır. Metan soğutucudan buharlaşan gaz basınçlandırılır ve su ile soğutulur, propan soğutucuda soğutulur, etan veya etilen soğutucuda sıvılaştırılır ve metan soğutucuya geri dönüştürülür.
Klasik kademeli soğutma çevrimi, nispeten bağımsız ve birbirine bağlı birkaç soğutma aşamasını içerir. Soğutucu akışkan genellikle çok kademeli bir kompresör tarafından sıkıştırıldığından, her soğutma aşamasında soğutucu akışkan çeşitli basınçlar altında buharlaşabilir ve doğal gazı soğutmak için çeşitli sıcaklık seviyelerine bölünebilir; her basınç altında buharlaşan soğutucu akışkan, sıkıştırma için ilgili kompresör aşamasına girer. Her soğutma aşamasında sadece soğutucu akışkan farklıdır ve çalışma süreci temelde benzerdir.
Kademeli soğutma çevriminin avantajları şunlardır:
① Düşük enerji tüketimi;
② Soğutucu akışkan saftır ve oranlama sorunu yoktur;
③ Olgun teknoloji ve istikrarlı çalışma
Kademeli soğutma çevriminin dezavantajları şunlardır:
① Birçok birim var ve süreç karmaşık;
② Birçok yardımcı ekipman bulunmaktadır ve çeşitli soğutucu akışkanların üretimi ve depolanmasında uzmanlaşmış ekipmanlar da bulunmalıdır;
③ Boru hattı ve kontrol sistemi karmaşık ve bakımı zahmetlidir.
Yayın tarihi: 26 Eylül 2021