Технологии производства сжиженных газов.

Холодильный цикл и технологическая схема установки сжижения выбираются в зависимости от назначения установки и её производительности, состава сжижаемого ПГ и его давления, требований, предъявляемых к продукции. На выбор технологической схемы влияет также возможность применения того или иного типа оборудования.

Важнейшим показателем термодинамического совершенства цикла является величина удельного энергопотребления. От нее напрямую зависят расходуемая и установленная мощность компрессорного оборудования, масса и габариты теплообменных аппаратов, а следовательно, капиталовложения и эксплуатационные затраты в эти установки.

В современных установках сжижения природного газа применяются технологические схемы, основанные на следующих основных циклах:

• холодильные циклы с дросселированием различных модификаций;

• детандерные холодильные циклы;

• каскадные холодильные циклы с чистыми хладагентами (классические каскадные циклы);

• однопоточные каскадные циклы с хладагентом, представляющим собой многокомпонентную смесь углеводородов и азота.

Часто в схемах сжижения используются различные комбинации, включающие элементы перечисленных выше циклов. Особое внимание, при выборе вариантов, уделяется, как правило, дроссельным циклам, учитывая их простоту и надежность.

В России, как стране с развитой сетью магистральных газопроводов, ресурсной базой создания малых производств СПГ являются расположенные на них многочисленные крупные и средние газораспределительные станции - ГРС, а также сеть автомобильных газонаполнительных компрессорных станций – АГНКС.

Строительство на их площадках мини заводов по производству СПГ и создание на их базе многоцелевых автогазонаполнительных станций позволяет создавать инфраструктуру, которая гибко и оперативно реагировала бы на изменение структуры потребления природного газа. При этом потребитель мог бы получать природный газ в наиболее удобном для себя виде:

• Компримированный природный газ (КПГ);

• СПГ для заправки автотранспорта;

• СПГ для отгрузки в транспортные цистерны и доставки его на энергетические объекты для последующего использования в качестве энергоносителя.

Для правильного выбора объектов для создания производства СПГ служат следующие критерии:

• Характеристика имеющегося оборудования и оценка возможности его использования на создающемся комплексе по производству и хранению СПГ.

• Наличие коммуникаций: электричество, вода, линии телефонной связи; подвод газа;

• Наличие безопасных расстояний от места предполагаемого расположения оборудования до технологических блоков, зданий и сооружений;

• Наличие дорог и подъездных путей для авто или ж/д. транспорта.

• Расстояние от объектов производства СПГ до объектов его потребления.

• Наличие источников газа, значения его следующих технологических параметров и их сезонные колебания:

• Расход;

• Давление;

• Температура;

• Компонентный состав;

• Влажность.

При создании мини заводов по производству СПГ на плошадке АГНКС можно использовать существующее компрессорное оборудование, однако применяемые компрессора на типовых АГНКС морально устарели, имеют высокую степень изношенности, обладают высоким уровнем потребления электроэнергии на привод и плохо приспособлены к длительной работе в непрерывном режиме.

Более целесообразным будет использование современного компрессорного оборудования, предназначенного для непрерывной работы. Такое техническое решение позволит существенно повысить надежность работы, и снизить энергозатраты на производство СПГ за счет применения более эффективных электродвигателей. При этом наибольший эффект от уменьшения энергозатрат можно получить при использовании компрессоров с газовым приводом. Все остальное оборудование АГНКС, связанное с хранением и заправкой КПГ остается неизменным.

При размещении многоцелевых автогазонаполнительных станций на площадках ГРС затраты на сжатие газа могут быть дополнительно снижены. В этом случае расход исходного природного газа, перешедшего в СПГ, может восполняться из магистрального трубопровода на входе ГРС, где газ имеет максимальное давление, что позволит снизить степень сжатия газа в компрессоре.

Принципиальная схема подобного мини завода по производству СПГ и КПГ приведена на рисунке. Установка сжижения работает по дроссельному циклу с предварительным охлаждением. В качестве дополнительного источника холода используется фреоновая холодильная машина ХМ.

Природный газ высокого давления с выхода газомоторного компрессора К подается в рекуперативный теплообменник верхнего температурного уровня ТВДВ, где охлаждается обратным потоком газа низкого давления.

Затем газ высокого давления поступает в теплообменник-испаритель ТИПГ, в котором происходит снижение его температуры до –40…–50 0 С за счет теплообмена с кипящим хладоном. Образующиеся при этом пары хладона непрерывно откачиваются компрессором холодильной машины. После ТИПГ прямой поток дополнительно охлаждается в теплообменнике ТВДН и дросселируется. Жидкая фаза отделяется и накапливается в системе хранения сжиженного природного газа СХ-СПГ.

Далее по мере необходимости СПГ подается на две заправочные колонки (на рисунке не показано), одна из которых служит для отгрузки СПГ в автоцистерны, а вторая – для заправки им баков автотранспорта. Одновременно происходит периодическая подкачка природного газа высокого давления в резервуар-хранилище Р компримированного природного газа, откуда он подается на заправочную колонку КПГ для закачки в баллоны, расположенные на автотранспорте.

Заправка криогенного транспортировщика сжиженным природным газом производится за счет избыточного давления создаваемого в резервуаре с СПГ по отношению к давлению в выходной магистрали.

Несжижевшаяся часть исходного природного газа в виде обратного потока последовательно проходит теплообменники ТВДН и ТВДВ, в которых отдает холод прямому потоку газа высокого давления, и далее поступает на вход первой ступени компрессора. При этом от данного потока отделяется небольшая его часть (~ 2%) и, в свою очередь, разделяется на два потока, один из которых используется в качестве газа регенерации, который нагревается в специальном блоке БП, а второй – для охлаждения адсорберов блока осушки БО, выведенных из работы.

Расход исходного газа, перешедшего в СПГ, восполняется из трубопровода на входе в ГРС и подается на вход третьей ступени компрессора. Перед подачей он проходит осушку и очистку в блоке осушки БО, где в трех попеременно работающих адсорберах, заполненных цеолитом и снабженных фильтрами для улавливания твердых частиц на выходе, происходит снижение влажности исходного газа до точки росы – 65 ⁰С

Достоинством данного варианта является относительная простота схемы, минимальный объем осушаемого газа, поступающего в установку на сжижение (3400…4100 нм 3 /час), высокое качество СПГ, а также надежность работы, так как основные элементы – компрессор и холодильная машина, выполнены на базе готового и отработанного оборудования и поставляются в полной заводской готовности. Это позволяет размещать установку практически на любой ГРС.

Данная схема позволяет также производить закачку газа высокого давления в резервуар Р для последующей заправки автомобилей КПГ с одновременным производством СПГ. На эти цели может направляться до 10% от общего расхода газа через компрессор. При этом во время закачки производительность установки будет снижаться пропорционально доли отбираемой для целей получения КПГ.

Состав основного оборудования мини завода:

• Система очистки и осушки газа, включая блок подогрева газа регенерации.

• Компрессор с газовым приводом для сжатия природного газа.

• Рекуперативный теплообменник верхнего температурного уровня;

• Рекуперативный теплообменник нижнего температурного уровня;

• Теплообменник-испаритель

• Холодильная машина;

• Дроссельное устройство;

• Хранилище СПГ.