Новая концепция производства СПГ

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.

 

 

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.

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.



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"