Processo de Produção de GNL

https://www.asiachmical.com/lng-plant/lng-processing-plant.html

1. Classificação do processo de liquefação de gás natural

Atualmente, os tipos de processos de liquefação de gás natural são divididos principalmente com base em suas funções e métodos de refrigeração.

(1) De acordo com suas funções, eles podem ser divididos em unidades de liquefação de carga básica e unidades de liquefação de corte de pico. As unidades de GNL de pequena escala pertencem a unidades de liquefação de corte de pico.

(2) De acordo com o método de refrigeração, pode ser dividido em: ① processo de liquefação em cascata; ② processo de liquefação de refrigerante misto, incluindo fechado, aberto, pré-resfriamento de propano, CII, etc; ③ processo de liquefação com expansor, incluindo expansão de gás natural, expansão de nitrogênio, expansão de nitrogênio-metano, etc.

No entanto, a divisão acima não é rigorosa, e geralmente é adotado um processo composto que inclui diferentes combinações de certas partes dos vários processos de liquefação descritos acima, e cada método contém vários tipos.

2. Tipos e composição de plantas de liquefação de gás natural

Os tipos de unidades de liquefação de gás natural incluem principalmente unidades de liquefação de carga básica, unidades de liquefação de redução de pico, unidades flutuantes de armazenamento e descarga de produção de GNL e terminais de recebimento de GNL, e suas definições são as seguintes.

(1) Planta de liquefação de carga básica: refere-se à planta de liquefação em grande escala produzida para uso local ou transporte externo.

(2) Dispositivo de liquefação de pico: refere-se a um dispositivo de liquefação de gás natural para carga de pico de corte ou para complementar o suprimento de combustível de inverno, geralmente liquefazendo e armazenando o excesso de gás natural durante o pico de carga baixo e re-vaporizando para uso em pico ou emergência situações.

(3) Dispositivo flutuante de produção, armazenamento e descarga de GNL: É um novo tipo de dispositivo de liquefação de gás natural em campos marginais de gás e campos de gás offshore. É favorecido por suas vantagens de baixo investimento, curto período de construção e fácil demolição.

(4) Terminal de recebimento de GNL: refere-se ao dispositivo que recebe o GNL transportado por transportadores de GNL provenientes do dispositivo de liquefação de gás natural de carga básica, geralmente equipado com um sistema de recuperação de liquefação para gás de evaporação de tanque de GNL BOG (Boil Off Gas).

A planta de liquefação de gás natural é geralmente composta de processo de pré-tratamento de gás natural, processo de liquefação, sistema de armazenamento, sistema de controle e sistema de proteção contra incêndio, entre os quais o processo de liquefação é a parte central da planta de liquefação de gás natural. Usinas de GNL de grande escala geralmente incluem vários conjuntos de usinas de liquefação de gás natural, e cada conjunto de usinas de liquefação pode ter várias linhas de produção. Devido às diferentes finalidades de produção das diferentes unidades de liquefação, existem naturalmente grandes diferenças em suas composições específicas.

3. Método de refrigeração de GNL

A chamada refrigeração refere-se ao uso de métodos artificiais para criar tecnologia de baixa temperatura (abaixo da temperatura ambiente). Os métodos de refrigeração incluem principalmente os três seguintes.

(1) Use o efeito endotérmico das transições de fase do material (como fusão, evaporação, sublimação) para obter refrigeração. A chamada refrigeração a vapor refere-se ao uso da evaporação do líquido para obter a refrigeração. A refrigeração a vapor pode ser dividida em três tipos: compressão de vapor (compressão mecânica), injeção de vapor e absorção. Atualmente, a refrigeração por compressão de vapor é mais usada.

(2) Use o efeito de resfriamento da expansão do gás para obter refrigeração. A refrigeração de expansão de gás atualmente usa amplamente refrigeração de expansão de turbina, e também usa refrigeração por válvula borboleta e refrigeração por separador de calor.

(3) Use o efeito termoelétrico de semicondutores para obter refrigeração.

No processo de liquefação do gás natural, a evaporação do líquido e a expansão do gás são amplamente utilizadas para alcançar a refrigeração. A refrigeração de estrangulamento deve ter energia de pressão alta o suficiente para ser usada e a eficiência é baixa. Geralmente é usado em situações em que a pressão do gás bruto é alta e a quantidade de liquefação necessária é pequena.

4. Processo comum de liquefação de gás natural

Diferentes processos de liquefação têm diferentes métodos de refrigeração. No processo de liquefação de gás natural, o processo de liquefação de gás natural comum inclui principalmente processo de liquefação em cascata, processo de liquefação de refrigerante misto e processo de liquefação com expansor, e seus métodos de refrigeração são os seguintes.

(1) Processo de liquefação em cascata

Consiste em vários ciclos de refrigeração sobrepostos operando em diferentes temperaturas, nos quais as partes de alta, média e baixa temperatura utilizam refrigerantes de alta, média e baixa temperatura, respectivamente. A evaporação do refrigerante na parte de alta temperatura é usada para condensar o refrigerante na parte de baixa temperatura, e o refrigerante na parte de baixa temperatura é reevaporado para produzir a capacidade de resfriamento, e essas partes são conectadas por vários condensadores evaporativos. O condensador evaporativo é tanto o evaporador da parte de alta temperatura quanto o condensador da parte de baixa temperatura. para gás natural

Para liquefação, um ciclo de refrigeração em cascata de três estágios com propano, etileno e metano como refrigerantes é usado principalmente.

(2) Processo de liquefação de refrigerante misto

O processo evoluiu a partir do processo de refrigeração em cascata no final da década de 1960. As misturas de hidrocarbonetos (N2, C1, C2, C3, C4, C5) são usadas principalmente como refrigerantes para substituir vários componentes puros no processo de refrigeração em cascata, e a composição é determinada de acordo com a composição e pressão do gás de alimentação. Aproveitando as características dos componentes pesados ​​na mistura multicomponente condensando primeiro e os componentes leves condensando depois, a capacidade de resfriamento de diferentes níveis de temperatura pode ser obtida condensando, separando, estrangulando e evaporando sequencialmente, e de acordo com se a mistura refrigerante é misturado com o gás natural bruto. Existem dois tipos de processos de refrigeração mista: fechado e aberto.

(3) Processo de liquefação com expansor

O ciclo de refrigeração de expansão adota principalmente o ciclo Reverso-Brayton. Neste ciclo, o fluido de trabalho é comprimido isentropicamente pelo compressor, resfriado pelo resfriador e então expandido isentropicamente adiabaticamente no turboexpansor e realiza trabalho externo para obter fluxo de ar de baixa temperatura para produzir energia fria. No processo de liquefação de gás natural, a refrigeração de expansão adota principalmente as quatro formas a seguir: refrigeração de expansão direta de gás natural, refrigeração de expansão de nitrogênio, refrigeração de expansão mista de nitrogênio-metano, etc.

5. Princípio de refrigeração e características do processo de liquefação com expansor

Ciclo do expansor refere-se ao processo de realização da liquefação do gás natural usando refrigerante de alta pressão e refrigeração do ciclo Claude através da expansão adiabática de um turbo-expansor. O equipamento chave é o turboexpansor, que tem as vantagens de alta eficiência isentrópica e trabalho de expansão recuperável. Portanto, esse processo é cada vez mais favorecido por plantas de GNL de corte de pico com pequena capacidade de liquefação e geralmente é usado para dispositivos com capacidade de liquefação de 7×104-70×104m3/d.

O princípio básico da refrigeração do processo de liquefação com expansor é: o gás se expande e resfria no expansor enquanto produz trabalho, que pode ser usado para acionar o compressor; quando há uma diferença de pressão "natural" entre o gás bruto que entra no dispositivo e o gás comercial que sai do dispositivo, a liquefação O processo não precisará ser complementado com energia "do mundo exterior", mas contará com energia "natural" diferenciais de pressão para obter resfriamento através do expansor. De acordo com diferentes refrigerantes, pode ser dividido em processo de liquefação de expansão de nitrogênio, processo de liquefação de expansão mista de nitrogênio-metano e processo de liquefação de expansão direta de gás natural.

(1) Processo de liquefação por expansão direta de gás natural

Este processo refere-se ao processo de utilizar diretamente o gás natural de alta pressão do campo de gás e expandi-lo adiabaticamente no expansor até a pressão da tubulação de transmissão, realizando assim o processo de liquefação do gás natural. É especialmente adequado para ocasiões em que a pressão da tubulação é alta, a pressão operacional real é baixa e a pressão precisa ser reduzida no meio. Como o gás natural que entra no expansor não precisa remover CO2, mas apenas remover CO2 da parte liquefeita do gás bruto, o volume de gás de pré-tratamento é bastante reduzido. Quando o dispositivo está em operação normal, o gás natural evaporado do tanque de armazenamento é comprimido pelo compressor de gás de retorno e, em seguida, retorna ao sistema para liquefação. Este processo pode economizar o custo de produção especial, transporte e armazenamento de refrigerante; tem as vantagens de processo simples, equipamento compacto, pequeno investimento, ajuste flexível e operação confiável. No entanto, este processo de liquefação não pode obter a baixa temperatura, grande volume de gás circulante e baixa taxa de liquefação como o processo de liquefação de expansão de nitrogênio, e o desempenho de trabalho do expansor é muito afetado pela pressão e composição do gás da matéria-prima e a segurança requisitos do sistema são relativamente altos. Alto.

(2) Processo de liquefação por expansão de nitrogênio

É uma variante do processo de liquefação por expansão direta, o ciclo de refrigeração de nitrogênio é separado do circuito de liquefação de gás natural, e o ciclo de refrigeração de cloro fornece capacidade de frio para o gás natural. Suas vantagens são que possui maior adaptabilidade à mudança de componentes do gás bruto, forte capacidade de liquefação, operação simples e conveniente de todo o sistema; A circulação do agente persistente é cerca de 40% maior.

(3) Processo de liquefação de expansão mista de nitrogênio-metano

É uma melhoria do processo de liquefação por expansão de nitrogênio, que pode reduzir a diferença de temperatura de troca de calor na extremidade fria. Comparado com o ciclo de refrigerante misto, ele tem as vantagens de processo simples, controle fácil, tempo de inicialização curto e economia de 10% a 20% do consumo de energia em comparação com a refrigeração de expansão de nitrogênio puro.

6. O princípio de funcionamento do turboexpansor

Um turboexpansor é uma máquina térmica rotativa de alta velocidade. De acordo com a lei de conversão e conservação de energia, quando o gás realiza trabalho externo durante a expansão adiabática no turboexpansor, sua energia será reduzida, e uma certa queda de entalpia será gerada ao mesmo tempo, reduzindo assim a temperatura do próprio gás e criando condições para a liquefação do gás.

Um turboexpansor é na verdade a ação inversa de um compressor centrífugo. O compressor centrífugo é acionado por um motor elétrico para aumentar a pressão do gás, que consome energia. O turboexpansor usa o fluxo de ar de alta velocidade gerado pela expansão do gás de alta pressão para impactar o impulsor de trabalho do turboexpansor, de modo que o impulsor gire em alta velocidade. O impulsor rotativo de alta velocidade pode gerar uma certa quantidade de energia e, em seguida, fazer o trabalho externo. Ao mesmo tempo, tanto a temperatura quanto a pressão do gás expandido caem. Em outras palavras, o turboexpansor utiliza a mudança de velocidade do meio para converter energia, o que pode não apenas fornecer capacidade de refrigeração para o dispositivo de liquefação, mas também o trabalho gerado pela expansão pode ser utilizado para acionar equipamentos como compressores ou geradores, reduzindo a unidade de GNL. consumo volumétrico de energia.