Quá trình hóa lỏng khí tự nhiên là một quá trình ở nhiệt độ thấp. Khí tự nhiên thô đã được tinh chế đi vào bộ trao đổi nhiệt để làm mát ở nhiệt độ thấp, ngưng tụ và làm lạnh dưới điểm sôi, sau đó được điều tiết và giảm áp suất ở nhiệt độ -160 ~ 165 ℃, rồi đi vào bể chứa LNG.
Mối quan hệ giữa nhiệt lượng và nhiệt độ của quá trình làm lạnh, ngưng tụ và hạ nhiệt khí tự nhiên như sau:
1) Các loại chu trình làm lạnh
Để hóa lỏng khí tự nhiên, nhiệt lượng sinh ra trong quá trình làm lạnh, ngưng tụ và siêu lạnh khí tự nhiên phải được loại bỏ, tức là cần có công suất làm lạnh tương ứng để trao đổi với nó.
Hệ thống làm lạnh được trang bị trong quá trình hóa lỏng nhằm mục đích giúp bộ trao đổi nhiệt đạt được sự chênh lệch nhiệt độ tối thiểu giữa dòng lạnh và dòng nhiệt, từ đó đạt được hiệu suất làm lạnh cao.
Hệ thống làm lạnh để hóa lỏng khí tự nhiên đã rất hoàn thiện, và các quy trình thường được sử dụng bao gồm:
Chu trình làm lạnh từng bước
Chu trình làm lạnh bằng chất làm lạnh hỗn hợp
Chu trình làm lạnh hỗn hợp chất làm lạnh có làm lạnh sơ bộ
Cơ chế giãn nở chu kỳ lạnh
2) Chu trình làm lạnh từng bước
Chu trình làm lạnh từng bước lần đầu tiên được áp dụng cho các sản phẩm khí thiên nhiên hóa lỏng vào năm 1939. Nó được lắp đặt tại Cleveland, Hoa Kỳ, sử dụng NH3 và C2H4 làm chất làm lạnh ở giai đoạn đầu và giai đoạn thứ hai.
Ở giai đoạn đầu, propan hoặc Freon được sử dụng làm chất làm lạnh. Khí tự nhiên đã được tinh chế được làm lạnh đến -35 ~ -40 ℃ trong bộ làm lạnh propan hoặc Freon. Sau khi tách các hydrocacbon nặng phía trên pentan, nó đi vào giai đoạn làm lạnh thứ hai. Khí propan bay hơi từ bộ làm lạnh propan được nén bằng máy nén, hóa lỏng lại sau khi làm lạnh bằng bộ làm lạnh nước, và được tuần hoàn trở lại bộ làm lạnh propan.
Ở giai đoạn thứ hai, etan hoặc etylen được sử dụng làm chất làm lạnh, và khí tự nhiên được làm lạnh đến -90 ~ -100 ℃ ở giai đoạn thứ hai và hóa lỏng ở giai đoạn thứ ba để làm lạnh. Sau khi nén và làm mát bằng nước, khí bay hơi từ bộ làm lạnh etan hoặc etylen được làm lạnh và hóa lỏng trong bộ làm lạnh propan và được tái chế trở lại bộ làm lạnh etan hoặc etylen.
Ở giai đoạn thứ ba, khí metan được sử dụng làm chất làm lạnh. Khí thiên nhiên hóa lỏng được làm lạnh dưới điểm sôi ở nhiệt độ -150 ~ -160 ℃ trong bộ làm lạnh metan, sau đó được giảm áp suất thông qua van tiết lưu. Sau khi nhiệt độ giảm xuống -162 ℃, nó được bơm đến bể chứa LNG. Khí bay hơi từ bộ làm lạnh metan được nén và làm mát bằng nước, làm mát trong bộ làm lạnh propan, hóa lỏng trong bộ làm lạnh etan hoặc etylen, và được tuần hoàn trở lại bộ làm lạnh metan.
Chu trình làm lạnh nhiều bước cổ điển bao gồm một số giai đoạn làm lạnh tương đối độc lập nhưng được kết nối với nhau. Vì chất làm lạnh thường được nén bởi máy nén nhiều cấp, nên ở mỗi giai đoạn làm lạnh, chất làm lạnh có thể bay hơi dưới một số áp suất khác nhau và được phân chia thành nhiều mức nhiệt độ để làm lạnh khí tự nhiên, và chất làm lạnh bay hơi dưới mỗi áp suất sẽ đi vào giai đoạn nén tương ứng. Ở mỗi giai đoạn làm lạnh, chỉ có chất làm lạnh là khác nhau, còn quá trình hoạt động về cơ bản là tương tự nhau.
Ưu điểm của chu trình làm lạnh từng bước là:
① Tiêu thụ năng lượng thấp;
② Chất làm lạnh tinh khiết và không có vấn đề về tỷ lệ;
③ Công nghệ hoàn thiện và hoạt động ổn định
Nhược điểm của chu trình làm lạnh từng bước là:
① Có nhiều bộ phận và quy trình phức tạp;
② Có nhiều thiết bị phụ trợ, và cần có các thiết bị chuyên dụng để sản xuất và lưu trữ nhiều loại chất làm lạnh;
③ Hệ thống đường ống và hệ thống điều khiển phức tạp và khó bảo trì.
Thời gian đăng bài: 26/09/2021