Технологии крупнотоннажного производства СПГ

1.

*
Тема 3
1.
2.
3.
4.
Технологии крупнотоннажного
производства СПГ
Состав, свойства компонентов природного газа
Основные принципы охлаждения
Циклы крупных установок производства СПГ
Оборудование установок СПГ

2.

Природный газ – смесь углеводородов природного происхождения
Характерные температуры компонентов природного газа

3.

Свойства природного газа (осредненные)
Кривая охлаждения природного газа

4.

Циклы охлаждения с помощью внешнего хладагента
Одноступенчатый цикл
Двухступенчатый цикл
Природный
газ
Природный
газ

5.

Каскадные циклы охлаждения с помощью нескольких внешних хладагентов

6.

Трехкаскадная установка с тремя ступенями на каждом каскаде

7.

Классический каскадный цикл на 3-х рабочих веществах
Преимущества: простота, хорошая изученность, высокая эффективность
Недостатки: громоздкая схема, большая протяженность трубопроводов,
необходимость в многопоточных теплообменных аппаратах, потребность в этилене
По данному циклу спроктированы первые крупные заводы СПГ в Алжире, г. Арзев
(1964-65 г.), в США на Аляске г. Кенай (1969 г.)
Т=-101°С
p=45 бар
Т=-37°С
Блок
очистки
Т=-154°С
P=1,5 бар

8.

Описание классического каскадного цикла
Установка содержит 3 каскада – пропановый, этиленовый и метановый.
Верхний каскад- пропановый цикл, пропан сжимается до давления 1,3 МПа, охлаждается и
конденсируется внешней средой (воздухом) при T= 37°С. Затем дросселируется до давления 0,75
МПа, кипит в первой секции испарителя при +16°С. Второе и третье дросселирования происходят
до давлений 0,42 и 0,12 МПа, температурные уровни -3 и -37°С соответственно. Нагрузка на этот
каскад наибольшая т.к. пропан охлаждает и конденсирует этилен, охлаждает метан и целевой
продукт – природный газ. Применяются крупные осевые турбокомпрессоры.
Средний каскад – этиленовый цикл, после сжатия до 2,1 МПа, охлаждения воздухом до +37° и
пропаном до -31°С этилен конденсируется и расширяется на 4 ступенях давлений: 1,0 МПа (-51°С);
0,5 МПа (-71°С); 0,25МПа (-86°С) и 0,11МПа (-101°С).
Нижний, третий каскад – метановый цикл, сжатие идет до давления 3,4 МПа, охлаждается
воздухом, пропаном (-35°С), этиленом (-96°С) конденсируется и расширяется на трех ступенях
давлений: 1,2 МПа (-120°С); 0,38 МПа(-141°С); 0,15МПа (-154°С).
Разбивка каждого цикла на несколько ступеней уменьшило разность температур между
охлаждаемым природным газом и хладагентом, что повысило его термодинамическую
эффективность.

9.

10.

Оптимизированный каскадный процесс ConocoPhilips
Улучшенный вариант классического каскадного процесса, впервые внедрен при реконструкции завода на Аляске в 1974 г, также применяется в строящихся заводах СПГ.
Оптимизации подвергся нижний каскад на метане, где применен принцип избыточного
обратного потока, т.е. холодные пары СПГ, образующиеся при конечном дросселировании
отводятся в метановый цикл, где создают дополнительную холодопроизводительность,
также к ним присоединяются пары из танков хранения и танков перевозчика.

11.

Отводимый пар СН4
Нагнетатель паров

12.

Оптимизированный каскадный процесс ConocoPhilips

13.

Применен принцип – «две технологические
линии в одной» – дублируется самое
необходимое и менее надежное
оборудование.
В качестве привода компрессоров
применяются газовые турбины.
Теплообменное оборудование не
дублируется.
Применяются ребристо-пластинчатые
теплообменники, объединенные в группами
в холодные блоки (coldboxes).
Многопоточный ребристо-пластинчатый теплообменник (4 потока)

14.

Процесс TEALARC с одним уровнем давления и одним
смесевым хладагентом (СХА)
СХА: смесь бутан, пропан, этан, метан, азот
Область применения: небольшие установки для покрытия пиковых нагрузок газопотребления

15.

Процесс TEALARC с двумя уровнями давлений
3,8МПа
-56°С
-125 °С
-153 °С
0,2 МПа
-163°С
Основной холодильный
цикл на СХА-1 (2 ступени
сжатия до 3,4 МПа)
Вспомогательный холодильный цикл на СХА-2
3 ступени сжатия с 3-мя ступенями дросселирования
Область применения: крупнотоннажное производство в Скикде 1972 г, в настоящее время вытеснен
другими циклами на СХА, имеющими меньшее количество и номенклатуру оборудования.

16.

Процесс APCI SMR (Single Mixed Refrigerant)
Один из первых процессов, примененных компанией Air Products & Chemical Inc
на СХА для крупнотоннажного пр-ва СПГ в Ливии 1970г.
СХА: смесь n-бутан, пропан, этан, метан, азот
+ : малое количество оборудования; простота
-: более низкая энергетическая эффективность из-за
возникающей большой разности температур между ПГ и
СХА
Main cryogenic heat
exchanger (MCHE)

17.

Процесс APCI С3MR
(Propane Precooling Mixed Refrigerant Process)
Процесс используется в 80% установок крупнотоннажного
пр-ва СПГ (с модификациями). Включает 2 цикла охлаждения:
1. Цикл предварительного охлаждения, использует пропан (С3)
для ступенчатого охлаждения основного СХА и ПГ до -38°С;
2. Основной цикл охлаждения на СХА.
(MCHE)
Фракционирование
С3, С4+
67 бар
Многокорпусной турбокомпрессор

18.

Процесс APCI С3MR/SPLITMR
(модификация привода турбокомпрессоров)
Процесс APCI C3MR
1. Линия ГТД - пропановый компрессор
2. Линия ГТД – три корпуса сжатия СХА
недогруз ГТД первой линии и перегруз второй
Процесс APCI C3MR/SPLITMR
1. Линия ГТД - пропановый компрессор+
корпус высокого давления
2. Линия ГТД – два корпуса сжатия СХА
Равномерная загрузка ГТД

19.

Процесс APCI AP-X
Азотный газовый
цикл

20.

Процесс Shell DMR