Описание технологии
Чтобы сжижить природный газ, его необходимо охладить до температуры порядка минус 160°С. Существует несколько способов достижения холода такой глубины.
В настоящее время для получения сжиженного природного газа применяются два процесса: конденсация при постоянном давлении (компремирование) и теплообменные: рефрижераторный с использованием охладителя и турбодетандерный/дросселирование с получением необходимой температуры при резком расширении газа. Процесс сжижения природного газа высоко энергоемкий. По этой причине в современной Мировой практике получения СПГ отказались от первоначального способа сжижения компремированием и отдали предпочтение теплообменным способам сжижения.
В процессах сжижения природного газа особое значение приобретает эффектив-ность теплообменного оборудования и теплоизоляционных материалов. При теплообмене в криогенной области увеличение разности температурного перепада между потоками всего на 0,5ºС может привести к дополнительному расходу мощности от 2 до 5 кВт на сжатие каждых 100 тыс. м3 газа.
Дросселирование позволяет получать сжиженный природный газ при малых энергетических затратах. Недостатком является низкий коэффициент ожижения - до 4% и требует многократной перегонки. Поэтому перешли к работе по компрессорно-детандерной схеме. В этой схеме охлаждение газа происходит за счет совершения работы на лопатках турбины. Использование энергии вращающейся турбины позволяет сделать процесс сжатия газа энергетически более эффективным.
Коэффициент сжижения компрессорно-детандерных установок все еще остается низок - до 14%. Это значит, что для реализации такой схемы, также как и для дроссельной, необходимо наличие магистрали низкого давления для сброса в нее не сжиженной части природного газа. Другими словами такая схема опять-таки наиболее эффективна на ГРС.
Уже несколько десятков лет известны термодинамические схемы, позволяющие достичь 100% эффективности сжижения природного газа. К таковым относятся:
Классический каскадный цикл с последовательным использованием в качестве хладагентов пропана, этилена и метана путем последовательного снижения их температуры кипения.
Цикл с двойным хладагентом – смесью этана и метана.
Расширительные циклы сжижения.
Новый способ «объединенный» автохолодильный каскадный цикл (ARC), в котором производится ступенчатая конденсация углеводородов с использованием их в качестве хладагентов в последующей ступени охлаждения при циркуляции неконденсирующегося азота.
Каскадная схема, в которой раздельно используются три хладоагента с последовательно снижающейся температурой кипения, требует больших капитальных, но меньших эксплуатационных затрат. Эта схема была последовательно усовершенствована; в настоящее время чаще применяется смесь хладоагентов; новая схема называется самоохлаждающей, так как часть хладоагента – этан и пропан – получаются из сжижаемого природного газа. Капитальные затраты при этом несколько ниже. В большинстве случаев в каскадных схемах используются поршневые компрессоры, сравнительно дорогостоящие как по капитальным, так и по эксплуатационным затратам.
Расширительные схемыпредставляют существенный интерес, так как в них могут использоваться центробежные, более экономичные, машины, но расширительные циклы требуют затрат энергии на 20-30% больших, чем каскадные. Охлаждение достигается изоэнтропийным расширением метана в турбодетандере. Поток газа, предварительно очищенного от воды, углекислого газа и других загрязнений, сжижается под давлением за счет теплообмена с холодным расширенным газовым потоком.
В эксплуатационных расходах на процесс сжижения природного газа, помимо стоимости природного газа, значительную долю составляют энергетические затраты, затраты на очистку и осушку газа, а также амортизационные расходы.