Proceso de producción de GNL

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1. Clasificación del proceso de licuefacción de gas natural

En la actualidad, los tipos de procesos de licuefacción de gas natural se dividen principalmente en función de sus funciones y métodos de refrigeración.

(1) Según sus funciones, se pueden dividir en unidades de licuefacción de carga básica y unidades de licuefacción de reducción de picos. Las unidades de GNL a pequeña escala pertenecen a las unidades de licuefacción de reducción de picos.

(2) Según el método de refrigeración, se puede dividir en: ① proceso de licuefacción en cascada; ② proceso de licuefacción de refrigerante mixto, incluido preenfriamiento de propano cerrado, abierto, CII, etc.; ③ proceso de licuefacción con expansor, incluida la expansión de gas natural, expansión de nitrógeno, expansión de nitrógeno-metano, etc.

Sin embargo, la división anterior no es estricta y generalmente se adopta un proceso compuesto que incluye diferentes combinaciones de ciertas partes de los diversos procesos de licuefacción descritos anteriormente, y cada método contiene múltiples tipos.

2. Tipos y composición de las plantas de licuefacción de gas natural

Los tipos de unidades de licuefacción de gas natural incluyen principalmente unidades de licuefacción de carga base, unidades de licuefacción de reducción de picos, unidades flotantes de almacenamiento y descarga de producción de GNL y terminales de recepción de GNL, y sus definiciones son las siguientes.

(1) Planta de licuefacción de carga básica: se refiere a la planta de licuefacción de gran escala producida para uso local o transporte externo.

(2) Dispositivo de licuefacción de picos de carga: se refiere a un dispositivo de licuefacción de gas natural para cargas de picos de carga o para complementar el suministro de combustible de invierno, que normalmente licua y almacena el exceso de gas natural durante las cargas de picos bajos y se vuelve a vaporizar para su uso en picos o emergencias. situaciones

(3) Dispositivo flotante de producción, almacenamiento y descarga de GNL: es un nuevo tipo de dispositivo de licuefacción de gas natural en campos de gas marginales y campos de gas en alta mar. Es favorecido por sus ventajas de baja inversión, corto período de construcción y fácil demolición.

(4) Terminal receptora de GNL: se refiere al dispositivo que recibe el GNL transportado por buques metaneros desde el dispositivo de licuefacción de gas natural de carga básica, generalmente equipado con un sistema de recuperación de licuefacción para gas BOG (Boil Off Gas).

La planta de licuefacción de gas natural generalmente se compone de un proceso de pretratamiento de gas natural, un proceso de licuefacción, un sistema de almacenamiento, un sistema de control y un sistema de protección contra incendios, entre los cuales el proceso de licuefacción es la parte central de la planta de licuefacción de gas natural. Las plantas de GNL a gran escala generalmente incluyen varios conjuntos de plantas de licuefacción de gas natural, y cada conjunto de plantas de licuefacción puede tener múltiples líneas de producción. Debido a los diferentes propósitos de producción de las diferentes unidades de licuefacción, existen naturalmente grandes diferencias en sus composiciones específicas.

3. Método de refrigeración de GNL

La llamada refrigeración se refiere al uso de métodos artificiales para crear tecnología de baja temperatura (por debajo de la temperatura ambiente). Los métodos de refrigeración incluyen principalmente los siguientes tres.

(1) Utilice el efecto endotérmico de las transiciones de fase del material (como fusión, evaporación, sublimación) para lograr la refrigeración. La llamada refrigeración por vapor se refiere al uso de la evaporación líquida para lograr la refrigeración. La refrigeración por vapor se puede dividir en tres tipos: compresión de vapor (compresión mecánica), inyección de vapor y absorción. En la actualidad, se utiliza mayoritariamente la refrigeración por compresión de vapor.

(2) Utilice el efecto de enfriamiento de la expansión del gas para lograr la refrigeración. La refrigeración por expansión de gas actualmente utiliza ampliamente la refrigeración por expansión de turbina, y también utiliza la refrigeración por válvula de mariposa y la refrigeración por separador de calor.

(3) Utilice el efecto termoeléctrico de los semiconductores para lograr la refrigeración.

En el proceso de licuefacción de gas natural, la evaporación de líquido y la expansión de gas se utilizan ampliamente para lograr la refrigeración. La refrigeración de estrangulamiento debe tener una energía de presión lo suficientemente alta para ser utilizada, y la eficiencia es baja. Generalmente se usa en situaciones donde la presión del gas crudo es alta y la cantidad de licuefacción requerida es pequeña.

4. Proceso de licuefacción de gas natural común

Los diferentes procesos de licuefacción tienen diferentes métodos de refrigeración. En el proceso de licuefacción de gas natural, el proceso de licuefacción de gas natural común incluye principalmente el proceso de licuefacción en cascada, el proceso de licuefacción de refrigerante mixto y el proceso de licuefacción con expansor, y sus métodos de refrigeración son los siguientes.

(1) Proceso de licuefacción en cascada

Consiste en varios ciclos de refrigeración superpuestos que funcionan a diferentes temperaturas, en los que las partes de alta, media y baja temperatura utilizan refrigerantes de alta, media y baja temperatura respectivamente. La evaporación del refrigerante en la parte de alta temperatura se usa para condensar el refrigerante en la parte de baja temperatura, y el refrigerante en la parte de baja temperatura se vuelve a evaporar para producir la capacidad de enfriamiento, y estas partes están conectadas por varios condensadores evaporativos. El condensador evaporativo es tanto el evaporador de la parte de alta temperatura como el condensador de la parte de baja temperatura. para gas natural

Para la licuefacción se utiliza principalmente un ciclo de refrigeración en cascada de tres etapas con propano, etileno y metano como refrigerantes.

(2) Proceso de licuefacción de refrigerante mixto

El proceso se desarrolló a partir del proceso de refrigeración en cascada a fines de la década de 1960. Las mezclas de hidrocarburos (N2, C1, C2, C3, C4, C5) se utilizan principalmente como refrigerantes para reemplazar múltiples componentes puros en el proceso de refrigeración en cascada, y la composición se determina según la composición y la presión del gas de alimentación. Aprovechando las características de los componentes pesados ​​en la mezcla de múltiples componentes que se condensan primero y los componentes ligeros que se condensan después, la capacidad de enfriamiento de diferentes niveles de temperatura se puede obtener condensando, separando, estrangulando y evaporando secuencialmente, y según si la mezcla El refrigerante se mezcla con el gas natural crudo. Hay dos tipos de procesos de refrigeración mixtos: cerrados y abiertos.

(3) Proceso de licuefacción con expansor

El ciclo de refrigeración de expansión adopta principalmente el ciclo Reverse-Brayton. En este ciclo, el compresor comprime isentrópicamente el fluido de trabajo, lo enfría el enfriador y luego se expande isentrópicamente adiabáticamente en el turboexpansor y realiza un trabajo externo para obtener un flujo de aire a baja temperatura para producir energía fría. En el proceso de licuefacción de gas natural, la refrigeración de expansión adopta principalmente las siguientes cuatro formas: refrigeración de expansión directa de gas natural, refrigeración de expansión de nitrógeno, refrigeración de expansión mixta de nitrógeno-metano, etc.

5. Principio de refrigeración y características del proceso de licuefacción con expansor

Expander Cycle se refiere al proceso de realizar la licuefacción del gas natural mediante el uso de refrigerante a alta presión y refrigeración de ciclo Claude a través de la expansión adiabática de un turboexpansor. El equipo clave es el turboexpansor, que tiene las ventajas de una alta eficiencia isoentrópica y un trabajo de expansión recuperable. Por lo tanto, este proceso es cada vez más favorecido por las plantas de GNL de reducción de picos con una capacidad de licuefacción pequeña, y generalmente se usa para dispositivos con una capacidad de licuefacción de 7×104-70×104m3/d.

El principio básico de la refrigeración del proceso de licuefacción con un expansor es: el gas se expande y se enfría en el expansor mientras genera trabajo, que puede utilizarse para accionar el compresor; cuando hay una diferencia de presión "natural" entre el gas crudo que ingresa al dispositivo y el gas comercial que sale del dispositivo, la licuefacción no necesitará complementar el proceso con energía "del mundo exterior", sino que se basará en energía "natural" diferenciales de presión para lograr el enfriamiento a través del expansor. Según los diferentes refrigerantes, se puede dividir en proceso de licuefacción de expansión de nitrógeno, proceso de licuefacción de expansión mixta de nitrógeno-metano y proceso de licuefacción de expansión directa de gas natural.

(1) Proceso de licuefacción de expansión directa de gas natural

Este proceso se refiere al proceso de utilizar directamente el gas natural a alta presión del campo de gas y expandirlo adiabáticamente en el expansor a la presión de la tubería de transmisión, realizando así el proceso de licuefacción del gas natural. Es especialmente adecuado para ocasiones en las que la presión de la tubería es alta, la presión operativa real es baja y la presión debe reducirse a la mitad. Dado que el gas natural que ingresa al expansor no necesita eliminar el CO2, sino que solo necesita eliminar el CO2 de la parte licuada del gas crudo, el volumen de gas de pretratamiento se reduce considerablemente. Cuando el dispositivo está en funcionamiento normal, el gas natural evaporado del tanque de almacenamiento es comprimido por el compresor de gas de retorno y luego regresa al sistema para su licuefacción. Este proceso puede ahorrar el costo de producción especial, transporte y almacenamiento de refrigerante; tiene las ventajas de un proceso simple, equipo compacto, pequeña inversión, ajuste flexible y operación confiable. Sin embargo, este proceso de licuefacción no puede obtener la baja temperatura, el gran volumen de gas en circulación y la baja tasa de licuefacción como el proceso de licuefacción de expansión de nitrógeno, y el rendimiento de trabajo del expansor se ve muy afectado por la presión y la composición del gas de materia prima, y ​​la seguridad Los requisitos del sistema son relativamente altos. alto.

(2) proceso de licuefacción de expansión de nitrógeno

Es una variante del proceso de licuefacción de expansión directa, el ciclo de refrigeración de nitrógeno está separado del circuito de licuefacción de gas natural y el ciclo de refrigeración de cloro proporciona capacidad de frío para el gas natural. Sus ventajas son que tiene mayor adaptabilidad al cambio de componentes del gas crudo, fuerte capacidad de licuefacción, operación simple y conveniente de todo el sistema; La circulación persistente del agente es aproximadamente un 40 por ciento más alta.

(3) Proceso de licuefacción de expansión mixta de nitrógeno-metano

Es una mejora del proceso de licuefacción por expansión de nitrógeno, que puede reducir la diferencia de temperatura de intercambio de calor en el extremo frío. Comparado con el ciclo de refrigerante mixto, tiene las ventajas de un proceso simple, un control fácil, un tiempo de arranque corto y un ahorro del 10 al 20 por ciento del consumo de energía en comparación con la refrigeración por expansión de nitrógeno puro.

6. El principio de funcionamiento del turboexpansor

Un turboexpansor es una máquina térmica giratoria de alta velocidad. De acuerdo con la ley de conversión y conservación de energía, cuando el gas realiza un trabajo externo durante la expansión adiabática en el turboexpansor, su energía se reducirá y al mismo tiempo se generará una cierta caída de entalpía, lo que reducirá la temperatura del propio gas. y crear condiciones para la licuefacción del gas.

Un turboexpansor es en realidad la acción inversa de un compresor centrífugo. El compresor centrífugo es accionado por un motor eléctrico para aumentar la presión del gas, que consume energía. El turboexpansor utiliza el flujo de aire de alta velocidad generado por la expansión del gas a alta presión para impactar el impulsor de trabajo del turboexpansor, de modo que el impulsor gire a alta velocidad. El impulsor giratorio de alta velocidad puede generar una cierta cantidad de energía y luego realizar un trabajo externo. Al mismo tiempo, tanto la temperatura como la presión del gas expandido caen. En otras palabras, el turboexpansor usa el cambio de velocidad del medio para convertir energía, lo que no solo puede proporcionar capacidad de enfriamiento para el dispositivo de licuefacción, sino que también el trabajo generado por la expansión puede usarse para impulsar equipos como compresores o generadores, reduciendo la unidad de GNL. consumo volumétrico de energía.