Общее потребление энергии снижается, поскольку значительная ее часть, необходимая для конденсации смешанного криогенного хладагента, распределена между криогенным циклом и циклом предварительного охлаждения, что приводит к лучшему перераспределению необходимой площади теплообмена. Одни и же теплообменники используются для охлаждения от температуры окружающей среды до криогенной температуры.
Рис. 1. Общая схема процесса:
1- основная линия теплообмена; 2- скруббер; 3 - охлаждавшая вода
Оба смешанных хладагента используются одинаково, как чистые компоненты. Смешанный хладагент в каждой секции испаряется и конденсируется при различных давлениях без разделения фаз или фракционирования.
К преимуществам этой схемы относится возможность настройки баланса энергии между двумя циклами. Теперь возможно полностью использовать всю энергию, предлагаемую выбранным приводом, без передачи энергии от одного цикла к другому. Например, можно предусмотреть не только распределение энергии между двумя циклами пятьдесят на пятьдесят при использовании двух одинаковых газовых турбин, но и треть на две трети при использовании трех или две пятых на три пятых при использовании пяти одинаковых газовых турбин и т. д.
Процесс Liquefin имеет все преимущества каскадного процесса с гораздо более высокой эффективностью и меньшим числом насосов и компрессоров. К характерным особенностям процесса Liquefin относятся:
• отсутствие интегрированного каскада системы охлаждения: поскольку смешанный хладагент во втором цикле полностью сконденсирован, два смешанных хладагента могут быть использованы как чистый хладагент, применяемый в каскадном процессе;
• сбалансированная энергия: процесс легко настраивается на одинаковое энергопотребление в обоих циклах: при двух идентичных газовых турбинах нет трудностей, характерных для цикла на смешанном хладагенте с предварительным пропановым охлаждением (C3/MR**) и связанных с передачей энергии от цикла предварительного охлаждения к криогенному циклу;
• компактная линия теплообмена: процесс Liquefin запроектирован на максимально эффективное использование пластинчатых теплообменников; применяется одна простая и компактная линия теплообмена между природным газом и двумя смешанными хладагентами (а также между двумя смешанными хладагентами) для охлаждения газа от температуры окружающей среды до криогенной температуры, состоящая из пластинчатых теплообменников, расположенных внутри небольшого количества холодных камер (рис. 2). Устройство основной линии теплообмена является сердцем технологии сжижения.
Ее дизайн основан на использовании минимального количества компактных холодных камер, с минимальным числом криогенных трубопроводов. Компактное расположение исключает длинные низкотемпературные трубопроводы.
Все потоки между холодными камерами и внутри них распределяются как одна фаза. В клапанах Джоуля - Томпсона (Д-Т) генерируются две фазы, на одну холодную камеру приходится один клапан Д-Т со специальным приспособлением, которое разделяет жидкую и газовую фазы и направляет их по отдельности в каждый аппарат. Каждая линия теплообмена является отдельным модулем, в каждой холодной камере находятся несколько параллельных линий и два последовательных теплообменника.
К преимуществам этой схемы относится возможность настройки баланса энергии между двумя циклами. Теперь возможно полностью использовать всю энергию, предлагаемую выбранным приводом, без передачи энергии от одного цикла к другому. Например, можно предусмотреть не только распределение энергии между двумя циклами пятьдесят на пятьдесят при использовании двух одинаковых газовых турбин, но и треть на две трети при использовании трех или две пятых на три пятых при использовании пяти одинаковых газовых турбин и т. д.
Процесс Liquefin имеет все преимущества каскадного процесса с гораздо более высокой эффективностью и меньшим числом насосов и компрессоров. К характерным особенностям процесса Liquefin относятся:
• отсутствие интегрированного каскада системы охлаждения: поскольку смешанный хладагент во втором цикле полностью сконденсирован, два смешанных хладагента могут быть использованы как чистый хладагент, применяемый в каскадном процессе;
• сбалансированная энергия: процесс легко настраивается на одинаковое энергопотребление в обоих циклах: при двух идентичных газовых турбинах нет трудностей, характерных для цикла на смешанном хладагенте с предварительным пропановым охлаждением (C3/MR**) и связанных с передачей энергии от цикла предварительного охлаждения к криогенному циклу;
• компактная линия теплообмена: процесс Liquefin запроектирован на максимально эффективное использование пластинчатых теплообменников; применяется одна простая и компактная линия теплообмена между природным газом и двумя смешанными хладагентами (а также между двумя смешанными хладагентами) для охлаждения газа от температуры окружающей среды до криогенной температуры, состоящая из пластинчатых теплообменников, расположенных внутри небольшого количества холодных камер (рис. 2). Устройство основной линии теплообмена является сердцем технологии сжижения.
Ее дизайн основан на использовании минимального количества компактных холодных камер, с минимальным числом криогенных трубопроводов. Компактное расположение исключает длинные низкотемпературные трубопроводы.
Все потоки между холодными камерами и внутри них распределяются как одна фаза. В клапанах Джоуля - Томпсона (Д-Т) генерируются две фазы, на одну холодную камеру приходится один клапан Д-Т со специальным приспособлением, которое разделяет жидкую и газовую фазы и направляет их по отдельности в каждый аппарат. Каждая линия теплообмена является отдельным модулем, в каждой холодной камере находятся несколько параллельных линий и два последовательных теплообменника.
Рис. 2. Типичное устройство холодных камер Liquefin:
а - вид сверху; б - вид спереди; 1 - верхний пластинчатый теплообменник; 2 - нижний пластинчатый теплообменник
а - вид сверху; б - вид спереди; 1 - верхний пластинчатый теплообменник; 2 - нижний пластинчатый теплообменник
Число аппаратов и холодных камер зависит от мощности установки и местных условий.
При такой модульной концепции все ограничения по размерам, характерные для спирально-навитых теплообменников, снимаются.
При такой модульной концепции все ограничения по размерам, характерные для спирально-навитых теплообменников, снимаются.
ОСНОВНЫЕ ПРЕИМУЩЕСТВА
Эффективность процесса Liquefin обусловлена использованием смешанного хладагента и пластинчатых теплообменников, заменивших набор витых теплообменников с большой пропановой холодильной камерой. При той же газовой турбине в этом процессе производится на 15 % больше СПГ, чем в других известных процессах сжижения.
Низкая разность температур между теплой и холодной сторонами для всех теплообменников приводит к повышению эффективности использования энергии и снижает расход энергии на тонну производимого СПГ (или увеличивается количество производимого СПГ).
Смешанный криогенный хладагент поступает в криогенную секцию в жидком состоянии, что исключает затраты энергии на конденсацию этого хладагента. Количество криогенного хладагента существенно ниже, чем в процессе C3/MR (примерно 1 моль криогенного смешанного хладагента на 1 моль природного газа), что увеличивает общую эффективность. Перепад давления очень мал и с холодной, и с теплой стороны пластинчатых теплообменников. Поскольку Liquefin не зависит от размеров основных теплообменников, его эффективность одинаково высока и для больших, и для малых установок.
Недавно внедренные и используемые на установках производства СПГ жидкостные турбины также приведут к дальнейшему увеличению производительности Liquefin.
К преимуществам относится и многочисленность поставщиков всего оборудования, включая основную линию теплообмена.
Проведенные исследования показали не только, что при заданном потреблении энергии на установках Liquefin производится на 15 % больше СПГ, чем на других установках, но и что продукция Liquefin дешевле, как минимум, на 10 %. Это означает, что 1 т произведенного СПГ будет на 25 % дешевле, чем при его производстве на существующих установках. В целом, с учетом энергоносителей, предварительной подготовки, хранения, загрузки и т. д. разность цен для полного комплекса все равно будет на 10 % в пользу Liquefin.
СТРЕМЛЕНИЕ К ПОВЫШЕНИЮ МОЩНОСТИ
Правило снижения затрат на единицу продукции применимо к установкам СПГ, и стоимость 1 т СПГ снижается при увеличении мощности установки. Это приводит к постоянному увеличению мощности линий сжижения от менее чем 1 млн т/год около 30 лет назад до примерно 4 млн т/год в наши дни. Сегодня возможно создание установок мощностью 8 млн т/год на линию.
Увеличение мощности достигается увеличением числа параллельных холодных камер: четыре холодные камеры позволяют получить мощность вплоть до 6 млн т/год. Линия на 8 млн т/год потребует шесть холодных камер.
В схеме Liquefin с тремя приводами первая газовая турбина (ГТ) приводит в движение компрессор предохлаждения, а две другие ГТ параллельно осуществляют цикл сжижения, что позволяет достичь очень высокой производительности(более 8 млн т/год), даже при существующих проверенных компрессорах. Это небольшое изменение по сравнению с базовой схемой, в которой остановка одного из компрессоров сжижения приводит к полной остановке установки, тогда как при этой трехприводной схеме остановка одного из компрессоров сжижения приведет к снижению производительности установки (минимум 50 %, в зависимости от температуры предохлаждения и состава смешанного хладагента). Только проблемы с компрессором MR1 (рис. 3) или с его приводом могут остановить всю установку.
Процесс Liquefin очень гибок, и существуют несколько способов повышения его производительности: использование, во-первых, более мощных газовых турбин, во-вторых, очень больших турбин (комбинированный цикл) для производства электроэнергии и мощных электромоторов в параллели для каждого цикла.
Для последнего решения нет технических ограничений по мощности, поскольку процесс сжижения использует полностью модульную схему. Это дает много преимуществ: доступные и проверенные компрессоры,умеренный размер оборудования, высокую эффективность (очень низкий расход топлива, поскольку при комбинированном цикле можно достичь КПД 50-60 %) и достаточно высокую надежность, поскольку проблемы с приводом не приводят к остановке установки.
Таким образом, в процессе Liquefin оптимально используется проверенное оборудование. Он позволяет получить максимальные количества сжиженного газа при данном количестве приводов, с минимальными инвестициями и эксплуатационными расходами по сравнению с предлагаемыми на рынке технологиями. Процесс особенно эффективен при использовании установок большой мощности. Большие возможности при проектировании и строительстве установки позволяют удовлетворить конкретные запросы клиента. При использовании процесса Liquefin мощность установки можно выбирать из экономических соображений и с учетом рыночного спроса, без технических ограничений.
УДК 665.632.078
Авторы:П.-И.Мартен, П. Бутлан (Axens, Франция)
"Газовая промышленность"
"Газовая промышленность"
Приобретение доступа к файлам
ВНИМАНИЕ: Данная информация получена путем сканирования, цифровой обработки физических носителей или обмена с неравнодушными пользователями. Она не имеет отметок грифа секретности и тайны, если вы считаете, что эта информация нарушает Ваши авторские или другие права. Незамедлительно сообщите администратору для удаления ее из портала.