- •Федеральное агентство по образованию
- •Предисловие
- •1. Ожижение природного газа Введение
- •1.1. Характеристика природных газов, используемых для получения сжиженного природного газа
- •Составы газовых и газоконденсатных месторождений ряда газоносных и нефтегазовых регионов России
- •Состав природных (попутных нефтяных) газов
- •Состав пг некоторых зарубежных месторождений
- •Показатели, которым должны удовлетворять газы, транспортируемые по магистральным газопроводам
- •1.2. Очистка и осушка природных газов
- •Физические свойства основных компонентов природного газа
- •Показатели качества сжиженного природного газа
- •Теплофизические характеристики адсорбентов и параметры их регенерации
- •1.3. Сжижение метана
- •Результаты расчетов теоретического цикла ожижения газа с простым дросселированием
- •Сравнение данных по хT и lT для установок ожижения метана и воздуха, работающих по теоретическому циклу с простым дросселированием и внешним источником охлаждения
- •Результаты расчета детандерного цикла ожижения метана при различных значениях Gд
- •Сводные данные расчета установки ожижения метана
- •Сводные данные расчета установки ожижения метана
- •Сводные данные расчета установки ожижения метана
- •Сравнение значений х для ряда циклов ожижения метана
- •Основные результаты расчетного анализа установок получения спг, работающих по различным циклам ожижения
- •Циклы ожижения метана
- •Значения основных параметров криопродуктов, используемых в трехкаскадной установке ожижения пг
- •Параметры узловых точек для потоков в отдельных циклах каскада
- •Сводные данные по расчету процесса прямоточной конденсации в водяном холодильнике
- •Сводные данные по определению материальных потоков, выходящих из водяного холодильника и теплообменников то1–то3
- •Параметры основных точек потоков, проходящих через аппараты ожижителя
- •Сводные данные по расчету теплообменников то2–то4 ожижителя пг
- •1.4. Ожижители природного газа и крупные заводы по производству сжиженного природного газа
- •Сравнительная характеристика ожижителей пг, работающих по дроссельному циклу с включением холодильной машины или внешнего холодильного контура на сха
- •Сравнительные технико-экономические характеристики установок производства спг на грс и агнкс, приведенные к производительности 600 кг спг/ч
- •Техническая характеристика установок ожижения пг на базе внешних холодильных циклов
- •Техническая характеристика ожижителей пг на базе детандерных циклов
- •Некоторые из ожижителей пг, созданные фирмой «Линде» и введенные в эксплуатацию в сша
- •Список литературы
- •2.Утилизация холода сжиженного природного газа при регазификации Введение
- •2.1. Основные направления утилизации холода сжиженного природного газа
- •2.2. Применение холода сжиженного природного газа для ожижения газообразных криопродуктов
- •2.3. Использование холода сжиженного природного газа для повышения эффективности работы отдельных узлов вру
- •2.4. Воздухоразделительные установки для получения жидких криопродуктов, использующие холод сжиженного природного газа
- •Основные показатели установок с азотным циркуляционным циклом, предназначенных для получения продуктов разделения воздуха в жидком виде
- •Данные, характеризующие эффективность применения процесса низкотемпературного сжатия в вру, использующих холод спг
- •Данные, характеризующие работу вру для одновременного получения жидких и газообразных криопродуктов при различных режимах работы
- •ХарактеристикаВру с использованием холода спг, эксплуатирующихся в Японии
- •2.5. Утилизация холода сжиженного природного газа в установках разделения воздуха, получающих газообразные криопродукты
- •Список литературы
- •Заключение
- •Содержание
- •196006, Санкт-Петербург, ул. Коли Томчака, дом 28
Сравнительные технико-экономические характеристики установок производства спг на грс и агнкс, приведенные к производительности 600 кг спг/ч
Характеристика |
Единица измерения |
Комплекс на ГРС |
Комплекс на АГНКС | |
Давление на входе 4,5 МПа |
Давление на входе 6,5 МПа | |||
Коэффициент ожижения |
% |
1,58 |
8,5 |
24 |
Количество перерабатываемого газа |
нм3/ч |
46180 |
10000 |
3600 |
Производительность одной установки ожижения ПГ |
50 |
300 |
600 | |
Требуемое количество установок ожижения дроссельного или вихревого типа |
шт. |
12 |
2 |
1 |
Стоимость технологического оборудования |
млн руб. |
13 |
4,6 |
0,9–1,9 |
Себестоимость производства СПГ |
руб./т |
390 |
290 |
589 |
Приблизительно такое же соотношение показателей по себестоимости производства СПГ получено и в работах [52, 57]. При этом значительное снижение себестоимости имеет место для установки ожижения ПГ на базе ГРС, схема которой приведена на рис. 1.4.5.
На этом рисунке дан модернизированный вариант установки ожижения, показанной на рис. 1.4.4, установленной на ГРС «Выборг», которая имеет следующую техническую характеристику:
Рабочее давление, МПа …………………………….. |
От 3,0 до 7,5 |
Давление СПГ, МПа ………………………………... |
От 0,2 до 1,6 |
Расход газа, нм3/ч …………………………………... |
От 3000 до 18000 |
Производительность, кг/ч ………………………….. |
До 800 |
Масса, т ……………………………………………… |
20 |
Занимаемая площадь, м2 …………………………… |
16 |
Режим работы ………………………………………. |
Непрерывный |
Рис. 1.4.5. Принципиальная схема ожижителя ПГ типа УСНП 00.000: МГ – магистральный газопровод; ГРС – газораспределительная станция; В1, В2 – вымораживатели; ТО – теплообменник; ОЖ – отделитель жидкости; ДВ1, ДВ2 – дроссельные вентили; ВТ1, ВТ2 – вихревые трубы
В установке, показанной на рис. 1.4.5, так же, как на схеме установки, приведенной на рис. 1.4.4, основной поток ПГ (70–75 %) направляется в один из вымораживателей В1 или В2, где охлаждается обратным потоком доt= –50 °С. При этом из охлаждаемого потока вымораживается влага, которая конденсируется на стенах труб и отделяется в специальном сепараторе, установленном в нижней части теплообменника. Одновременно из ПГ конденсируются тяжелые углеводороды и метанол, которые отделяются при прохождении потокаПГ через сепаратор, обеспечивающий отделение до 95 % взвесей изпотока.
Дальнейшее охлаждение ожижаемого потока газа происходит в теплообменнике ТО, откуда он выходит при t = –80 ÷ –90 °С. В этот аппарат также встроен сепаратор, из которого периодически в резервуар-накопитель отводится конденсат, состоящий из широкой фракции углеводородов метанового ряда и некоторого количества метанола.
По выходе из теплообменника ТО основной поток ПГ делится на два потока. Основной поток через дроссельный вентиль ДВ1 дросселируется в отделитель жидкости ОЖ. В этом аппарате СПГ отделяется от паровой фазы, проходя через установленный в нем сепаратор, и в виде готового продукта отводится потребителю. Неожиженная часть ПГ в виде обратного потока подается в теплообменник ТО для охлаждения прямого потока ПГ. К этому потоку через дроссельный вентиль ДВ2 подмешивается часть прямого потока, выходящего из теплообменника ТО. С помощью дроссельных вентилей ДВ1 и ДВ2 регулируется соотношение между прямым и обратным потоками, что делает возможным в широких пределах менять влагосодержание прямого потока и качество СПГ, а это, как отмечено в работе [25], позволяет обеспечивать соответствие СПГ действующим нормативам.
Повышение холодопроизводительности дроссельного цикла достигается за счет введения в схему установки внешнего контура дополнительного охлаждения на основе делящей вихревой трубы ВТ. Потоки ПГ, выходящие из этой трубы, имеют температуру соответственно до минус 60 °С холодный и до 20 °С теплый. Холодный потоксмешивается с потоком газа, входящего в теплообменник ТО, и используется для дополнительного охлаждения прямого потока. Теплый поток возвращается в сеть, идущую с ГРС, повышая температуру газа по выходе из ГРС.
Периодический отогрев переключающихся вымораживателей В1 и В2 производится горячим потоком газа, выходящим из вихревой трубы ВТ2.
Наличие внешнего охлаждения и системы регулирования количества и качества отводимого СПГ позволяет гибко настраивать режимы работы установки при изменении входных и выходных параметров работы ГРС.
Все вышеперечисленные схемы установок ожижения ПГ имеют определенные недостатки. Так, для мини-завода, работающего на базе АГНКС и имеющего после реконструкции достаточно высокий коэффициентожижения, характерны достаточно высокие капитальные затраты на хладоновую холодильную машину, которая работаетв ступени дополнительного внешнего охлаждения ПГ. Кроме того, ееналичие приводит к дополнительным затратам электроэнергии. Основным недостатком мини-заводов, работающих на базе ГРС, является низкий коэффициент ожижения, величина которого находится на уровне 5–6 %.
В работах [58, 59] была предложена схема мини-завода на базе единого комплекса АГНКС–ГРС, на котором в значительной степени устраняются эти недостатки. Принципиальная схема такого ожижителя ПГ показана на рис. 1.4.6.
Рис. 1.4.6. Принципиальная схема ожижителя ПГ на базе АГНКС–ГРС:
К – компрессор; ДВ1, ДВ2 – дроссельные вентили; МГ – магистральный газопровод; ВТ1, ВТ2 – вихревые трубы; ТО1, ТО2, ТО3, ТО4 – теплооб- менники; ОЖ – отделитель жидкости; Э – эжектор
В компрессоре К природный газ низкого давления Р = 0,3–1,0 МПа сжимается до Р = 15–20 МПа и поступает в теплообменник ТО1.
Окончательное охлаждение этого потока ПГ происходит в теплообменнике ТО2 с последующим дросселированием с помощью дроссельного вентиля ДВ1 и последующей подачи парожидкостной смеси в отделитель жидкости ОЖ. Жидкая фракция в виде СПГ из отделителя жидкости направляется потребителю, а неожиженная частьпо выходе из отделителя жидкости ОЖ последовательно подогревается в теплообменниках ТО2 и ТО1 и поступает на сжатие вкомпрессор К. Из магистрального газопровода МГ отбирается поток ПГ, спомощью которого в установке образован дополнительныйохлаждающий контур. Этот поток ПГ отбирается из МГ перед входом вГРС приР= 2–6 МПа и делится на две части. Первая часть последовательно проходит теплообменники ТО3 и ТО4, затемдросселируется через ДВ2 и соединяется с обратным потоком, поступающим втеплообменник ТО1. Вторая часть направляется на вход вихревой трубы ВТ2, входящей во внешний контур охлаждения.
Охлаждение прямого потока в теплообменниках ТО3 и ТО4 достигается с помощью холодных потоков, выходящих их вихревых труб ВТ2 и ВТ1. Горячие потоки, выходящие из вихревых труб ВТ1 иВТ2, подаются на эжектор Э, обеспечивая поджатие этих потоков перед смешиванием с потоком ПГ после ГРС. Рабочий поток ПГ, поступающий на эжектор Э, отбирается из потока ПГ перед ГРС.
Данные, приведенные в работах [58, 59], по результатам расчета установки, показанной на рис. 1.4.6, свидетельствуют о том, что дополнительное снижение температуры ПГ высокого давления на входе в теплообменник ТО2 не менее чем на 20 °С, позволяет увеличить коэффициент ожижения не менее чем в 1,3–1,5 раза по сравнению с вариантом схемы, использующей хладоновую холодильную машину.
В ОАО «Криогенмаш» наряду с установками ожижения ПГ, работа которых связана с использованием внешнего холодильного цикла на смешанном хладагенте (СХА), был разработан ряд ожижителей ПГ на базе детандерных циклов [35, 60].
В табл. 1.4.3 и 1.4.4 приведены основные технические характеристики установок ожижения ПГ на базе внешних холодильных циклов и на базе детандерных циклов.
Таблица 1.4.3