https://www.asiachmical.com/lng-plant/lng-processing-plant.html
1. Phân loại quá trình hóa lỏng khí thiên nhiên
Hiện nay, các loại quá trình hóa lỏng khí tự nhiên chủ yếu được phân chia dựa trên chức năng và phương pháp làm lạnh của chúng.
(1) Theo chức năng của chúng, chúng có thể được chia thành các đơn vị hóa lỏng tải cơ bản và đơn vị hóa lỏng cạo đỉnh. Các đơn vị LNG quy mô nhỏ thuộc các đơn vị hóa lỏng cạo đỉnh.
(2) Theo phương pháp làm lạnh, nó có thể được chia thành: ① quá trình hóa lỏng theo tầng; ② quy trình hóa lỏng chất làm lạnh hỗn hợp, bao gồm đóng, mở, làm lạnh sơ bộ propan, CII, v.v.; ③ quá trình hóa lỏng với chất giãn nở, bao gồm giãn nở khí tự nhiên, giãn nở Nitơ, giãn nở nitơ-mêtan, v.v.
Tuy nhiên, cách phân chia trên không chặt chẽ và quy trình tổng hợp thường được áp dụng bao gồm các kết hợp khác nhau của các phần nhất định của các quy trình hóa lỏng khác nhau được mô tả ở trên và mỗi phương pháp có nhiều loại.
2. Các loại và thành phần của nhà máy hóa lỏng khí tự nhiên
Các loại thiết bị hóa lỏng khí tự nhiên chủ yếu bao gồm thiết bị hóa lỏng tải cơ bản, thiết bị hóa lỏng cạo đỉnh, kho chứa và xếp dỡ sản xuất LNG nổi và thiết bị đầu cuối tiếp nhận LNG, và định nghĩa của chúng như sau.
(1) Nhà máy hóa lỏng tải cơ bản: là nhà máy hóa lỏng quy mô lớn được sản xuất để sử dụng tại chỗ hoặc vận chuyển bên ngoài.
(2) Thiết bị hóa lỏng đỉnh cạo: đề cập đến thiết bị hóa lỏng khí tự nhiên cho tải cao điểm hoặc để bổ sung nguồn cung cấp nhiên liệu mùa đông, thường hóa lỏng và lưu trữ khí tự nhiên dư thừa trong thời gian tải đỉnh thấp và tái hóa hơi để sử dụng trong cao điểm hoặc khẩn cấp các tình huống.
(3) Thiết bị sản xuất, lưu trữ và bốc dỡ LNG nổi: Là một loại thiết bị hóa lỏng khí tự nhiên mới trong các mỏ khí cận biên và các mỏ khí ngoài khơi. Nó được ưa chuộng nhờ ưu điểm đầu tư thấp, thời gian xây dựng ngắn và dễ dàng phá dỡ.
(4) Thiết bị đầu cuối tiếp nhận LNG: đề cập đến thiết bị nhận LNG được vận chuyển bởi các nhà vận chuyển LNG từ thiết bị hóa lỏng khí tự nhiên tải cơ bản, thường được trang bị hệ thống thu hồi hóa lỏng cho khí BOG đun sôi trên bể chứa LNG (đun sôi tắt khí).
Nhà máy hóa lỏng khí thiên nhiên nói chung bao gồm quá trình tiền xử lý khí tự nhiên, quá trình hóa lỏng, hệ thống lưu trữ, hệ thống điều khiển và hệ thống phòng cháy chữa cháy, trong đó quá trình hóa lỏng là phần cốt lõi của nhà máy hóa lỏng khí tự nhiên. Các nhà máy LNG quy mô lớn thường bao gồm một số nhà máy hóa lỏng khí tự nhiên và mỗi nhóm nhà máy hóa lỏng có thể có nhiều dây chuyền sản xuất. Do mục đích sản xuất khác nhau của các đơn vị hóa lỏng khác nhau, nên có sự khác biệt lớn về thành phần cụ thể của chúng.
3. Phương pháp làm lạnh LNG
Cái gọi là làm lạnh đề cập đến việc sử dụng các phương pháp nhân tạo để tạo ra công nghệ nhiệt độ thấp (dưới nhiệt độ môi trường xung quanh). Các phương pháp làm lạnh chủ yếu bao gồm ba phương pháp sau.
(1) Sử dụng hiệu ứng thu nhiệt của quá trình chuyển pha nguyên liệu (như nóng chảy, bay hơi, thăng hoa) để đạt được độ lạnh. Cái gọi là làm lạnh bằng hơi đề cập đến việc sử dụng sự bay hơi của chất lỏng để đạt được độ lạnh. Làm lạnh bằng hơi có thể được chia thành ba loại: nén hơi (nén cơ học), phun hơi và hấp thụ. Hiện nay, phương pháp làm lạnh nén hơi hầu hết được sử dụng.
(2) Sử dụng tác dụng làm lạnh của khí nở ra để đạt được độ lạnh. Làm lạnh giãn nở khí hiện đang sử dụng rộng rãi làm lạnh giãn nở tuabin, và cũng sử dụng làm lạnh van tiết lưu và làm lạnh tách nhiệt.
(3) Sử dụng hiệu ứng nhiệt điện của chất bán dẫn để đạt được độ lạnh.
Trong quá trình hóa lỏng khí tự nhiên, sự bay hơi của chất lỏng và sự giãn nở của khí được sử dụng rộng rãi để đạt được độ lạnh. Làm lạnh tiết lưu phải có năng lượng áp suất đủ cao để được sử dụng, và hiệu suất thấp. Nó thường được sử dụng trong các trường hợp áp suất của khí thô cao và lượng hóa lỏng yêu cầu nhỏ.
4. Quá trình hóa lỏng khí tự nhiên thông thường
Các quá trình hóa lỏng khác nhau có các phương pháp làm lạnh khác nhau. Trong quá trình hóa lỏng khí tự nhiên, quá trình hóa lỏng khí tự nhiên thông thường chủ yếu bao gồm quá trình hóa lỏng theo tầng, quá trình hóa lỏng hỗn hợp chất làm lạnh và quá trình hóa lỏng bằng chất giãn nở, và các phương pháp làm lạnh của chúng như sau.
(1) Quá trình hóa lỏng theo tầng
Nó bao gồm một số chu trình làm lạnh chồng chéo hoạt động ở các nhiệt độ khác nhau, trong đó phần nhiệt độ cao, trung bình và thấp sử dụng các chất làm lạnh có nhiệt độ cao, trung bình và thấp tương ứng. Sự bay hơi của chất làm lạnh ở phần nhiệt độ cao được sử dụng để ngưng tụ chất làm lạnh ở phần nhiệt độ thấp, và chất làm lạnh ở phần nhiệt độ thấp được bay hơi lại để tạo ra năng suất làm lạnh, và các bộ phận này được nối với nhau bằng một số bình ngưng bay hơi. Dàn ngưng bay hơi vừa là dàn bay hơi của phần nhiệt độ cao vừa là dàn ngưng tụ của phần nhiệt độ thấp. cho khí đốt tự nhiên
Đối với quá trình hóa lỏng, chu trình làm lạnh theo tầng ba giai đoạn với propan, etylen và metan làm chất làm lạnh chủ yếu được sử dụng.
(2) Quá trình hóa lỏng môi chất lạnh hỗn hợp
Quá trình này được phát triển từ quá trình làm lạnh theo tầng vào cuối những năm 1960. Hỗn hợp hydrocacbon (N2, C1, C2, C3, C4, C5) hầu hết được sử dụng làm chất làm lạnh để thay thế nhiều thành phần tinh khiết trong quá trình làm lạnh theo tầng, và thành phần được xác định theo thành phần và áp suất của khí cấp. Lợi dụng các đặc điểm của các thành phần nặng trong hỗn hợp nhiều thành phần ngưng tụ trước và các thành phần nhẹ ngưng tụ sau, năng suất làm lạnh ở các mức nhiệt độ khác nhau có thể đạt được bằng cách tuần tự ngưng tụ, tách, tiết lưu và bay hơi, và tùy theo hỗn hợp. Môi chất lạnh được trộn với khí tự nhiên thô, Có hai loại quá trình lạnh hỗn hợp: đóng và mở.
(3) Quá trình hóa lỏng với chất mở rộng
Chu trình làm lạnh mở rộng chủ yếu áp dụng chu trình Reverse-Brayton. Trong chu trình này, chất lỏng làm việc được nén đẳng hướng bởi máy nén, làm mát bằng bộ làm mát, và sau đó mở rộng đẳng hướng đẳng áp trong bộ tuabin và thực hiện công việc bên ngoài để thu được luồng không khí nhiệt độ thấp để tạo ra năng lượng lạnh. Trong quá trình hóa lỏng khí tự nhiên, làm lạnh giãn nở chủ yếu áp dụng bốn hình thức sau: làm lạnh giãn nở trực tiếp khí tự nhiên, làm lạnh giãn nở nitơ, làm lạnh giãn nở hỗn hợp nitơ-mêtan, v.v.
5. Nguyên lý lạnh và đặc điểm của quá trình hóa lỏng bằng máy giãn nở
Expander Cycle đề cập đến quá trình thực hiện hóa lỏng khí tự nhiên bằng cách sử dụng chất làm lạnh áp suất cao và làm lạnh chu trình Claude thông qua sự giãn nở đoạn nhiệt của bộ tăng áp turbo. Thiết bị quan trọng là turboexpander, có ưu điểm là hiệu suất đẳng hướng cao và công việc mở rộng có thể phục hồi. Do đó, quy trình này ngày càng được ưa chuộng hơn bởi các nhà máy LNG cạo đỉnh có công suất hóa lỏng nhỏ và thường được sử dụng cho các thiết bị có công suất hóa lỏng 7 × 104-70 × 104m3 / d.
Nguyên tắc cơ bản của quá trình hóa lỏng làm lạnh bằng thiết bị giãn nở là: khí nở ra và làm lạnh trong thiết bị giãn nở trong khi làm việc đầu ra, có thể được sử dụng để dẫn động máy nén; Khi có sự chênh lệch áp suất "tự nhiên" giữa khí thô đi vào thiết bị và khí thương phẩm rời khỏi thiết bị, quá trình hóa lỏng Quá trình sẽ không cần bổ sung năng lượng "từ thế giới bên ngoài", mà sẽ dựa vào "tự nhiên" chênh lệch áp suất để đạt được sự làm mát thông qua bộ giãn nở. Theo các chất làm lạnh khác nhau, nó có thể được chia thành quá trình hóa lỏng mở rộng nitơ, quá trình hóa lỏng mở rộng hỗn hợp nitơ-metan và quá trình hóa lỏng mở rộng trực tiếp khí tự nhiên.
(1) Quá trình hóa lỏng mở rộng trực tiếp khí tự nhiên
Quá trình này đề cập đến quá trình sử dụng trực tiếp khí thiên nhiên áp suất cao từ mỏ khí và giãn nở đoạn nhiệt trong thiết bị giãn nở đến áp suất của đường ống truyền tải, từ đó thực hiện quá trình hóa lỏng khí tự nhiên. Nó đặc biệt thích hợp cho những trường hợp áp suất đường ống cao, áp suất vận hành thực tế thấp và cần giảm áp suất giữa chừng. Do khí thiên nhiên đi vào thiết bị giãn nở không cần loại bỏ CO2 mà chỉ cần loại bỏ CO2 ra khỏi phần khí thô đã hóa lỏng nên thể tích khí tiền xử lý giảm đi rất nhiều. Khi thiết bị hoạt động bình thường, khí thiên nhiên bay hơi từ bồn chứa được nén bởi máy nén khí hồi lưu và sau đó được đưa trở lại hệ thống để hóa lỏng. Quá trình này có thể tiết kiệm chi phí sản xuất, vận chuyển và bảo quản môi chất lạnh đặc biệt; nó có ưu điểm là quy trình đơn giản, thiết bị nhỏ gọn, đầu tư nhỏ, điều chỉnh linh hoạt và hoạt động đáng tin cậy. Tuy nhiên, quá trình hóa lỏng này không thể đạt được nhiệt độ thấp, khối lượng khí tuần hoàn lớn và tốc độ hóa lỏng thấp vì quá trình hóa lỏng giãn nở nitơ, và hiệu suất làm việc của bộ giãn nở bị ảnh hưởng lớn bởi áp suất và thành phần của khí nguyên liệu, và sự an toàn. yêu cầu của hệ thống tương đối cao. cao.
(2) Quá trình hóa lỏng mở rộng nitơ
Nó là một biến thể của quá trình hóa lỏng giãn nở trực tiếp, chu trình lạnh nitơ được tách ra khỏi mạch hóa lỏng khí tự nhiên, và chu trình lạnh clo cung cấp năng suất lạnh cho khí thiên nhiên. Ưu điểm của nó là có khả năng thích ứng cao hơn với sự thay đổi của thành phần khí thô, khả năng hóa lỏng mạnh, vận hành toàn hệ thống đơn giản, thuận tiện; Lưu thông tác nhân kéo dài cao hơn khoảng 40 phần trăm.
(3) Quá trình hóa lỏng giãn nở hỗn hợp nitơ-metan
Nó là một cải tiến của quá trình hóa lỏng giãn nở nitơ, có thể làm giảm sự chênh lệch nhiệt độ trao đổi nhiệt ở đầu lạnh. So với chu trình làm lạnh hỗn hợp, nó có ưu điểm là quy trình đơn giản, điều khiển dễ dàng, thời gian khởi động ngắn và tiết kiệm 10% đến 20% điện năng tiêu thụ so với làm lạnh giãn nở nitơ đơn thuần.
6. Nguyên lý làm việc của turboexpander
Một turboexpander là một máy nhiệt quay tốc độ cao. Theo định luật chuyển đổi và bảo toàn năng lượng, khi chất khí thực hiện công bên ngoài trong quá trình giãn nở đoạn nhiệt trong turboexpander, năng lượng của nó sẽ bị giảm đi và đồng thời tạo ra một sự sụt giảm entanpi nhất định, do đó làm giảm nhiệt độ của chính chất khí đó. và tạo điều kiện cho sự hóa lỏng của chất khí.
Một turboexpander thực chất là hoạt động ngược lại của một máy nén ly tâm. Máy nén ly tâm được dẫn động bằng động cơ điện để tăng áp suất của khí làm tiêu hao điện năng. Turboexpander sử dụng luồng không khí tốc độ cao được tạo ra bởi sự giãn nở của khí áp suất cao để tác động vào cánh quạt làm việc của turboexpander, để cánh quạt quay với tốc độ cao. Cánh quạt quay tốc độ cao có thể tạo ra một lượng công suất nhất định, sau đó thực hiện công việc bên ngoài. Đồng thời nhiệt độ và áp suất của khí nở ra đều giảm. Nói cách khác, turboexpander sử dụng sự thay đổi tốc độ của môi chất để chuyển đổi năng lượng, điều này không chỉ có thể cung cấp khả năng làm mát cho thiết bị hóa lỏng, mà còn có thể sử dụng công tạo ra bởi sự giãn nở để truyền động các thiết bị như máy nén hoặc máy phát điện, giảm đơn vị của LNG. thể tích tiêu hao năng lượng.