книги / Переработка углеводородных газов.-1

разработан двухпоточный каскадный цикл, работающий на газовых смесях (рис. 6.5).

Рис. 6.5. Схема сжиженияПГподвухпоточномукаскадномуциклу, работающемуна газовыхсмесях: 1 – компрессорхладагента; 2 – водяной охладитель; 3 – теплообменник; 4 – отделительжидкости

Это обычный каскадный цикл, но вместо чистых веществ в нем использованы смеси хладагентов, что позволяет уменьшить число каскадов.

Известны также каскадные циклы, в которых один каскад работает на смеси, а другой на чистом веществе.

Энергетические показатели двухпоточного каскадного цикла, работающего на газовых смесях, не уступают показателям многопоточного каскадного цикла.

Все перечисленные выше каскадные циклы (многопоточный на чистых веществах, однопоточный, двухпоточный на газовых смесях) не являются оптимальными способами производства холода при температурах ниже минус 90 °С. Однако, с точки зрения повышения энергоэффективности и снижения затрат на эксплуатацию, применение таких циклов в целом будет рациональным во

111

всем диапазоне температур (от температуры окружающей среды до минус 162 °С).

Внастоящее время для сжижения природного газа используют несколько разновидностей циклов. Наиболее эффективным по энергозатратам и составу используемого оборудования является однопоточный холодильный цикл с предварительным охлаждением, основанный на использовании многокомпонентного (азот, метан, этан, пропан) холодильного агента в блоке сжижения газа, а также одно- (пропан) или многокомпонентного (этан, пропан, бутан) хладагента в блоке предварительного охлаждения (рис. 6.6).

Согласно схеме однопоточного холодильного цикла с предварительным охлаждением, сжатие газа основного и многокомпонентного хладагента блока предварительного охлаждения осуществляется в компрессорах. После сжатия хладагенты охлаждаются в АВО. Осушка газа проводится в адсорберах, заполненных молекулярными ситами. Может проводиться и очистка газа от

СО2. В случае большого содержания СО2 в исходном газе перед блоком осушки устанавливается специальный блок очистки. После осушки температуру газа и основного хладагента снижают в блоке предварительного охлаждения (8). Затем газ поступает на сжижение в блок (4), где из него в колонне (7) выделяют тяжелые компоненты, в основном пропан, бутаны или их смесь – СНГ, которые используют как компоненты холодильного агента или как целевые продукты. Из блока сжижения сжиженный газ поступает в изотермическое (низкотемпературное) хранилище (5) и далее насосами подается потребителю.

Вблоке выдачи СПГ (6) потребителю может быть предусмотрен поршневой насос (жидкостной), повышающий давление до 20 МПа. После испарения этот газ может быть подан на заправку автомобилей, оборудованных баллонами для сжатого природного газа.

Крупные комплексы сжижения являются полностью автономными объектами, так как в качестве энергоносителя используется поступающий газ (топливо для турбин, паровых котлов и

112

двигателей электрогенераторов). Расход газа на обеспечение всех собственных нужд производства составляет 7–15 % от поступающего газа.

Рис. 6.6. Принципиальная технологическая схема завода СПГ с однопоточным холодильным циклом: 1 – блок турбокомпрессоров; 2 – АВО; 3 – блок сушки; 4 – блок сжижения; 5 – резервуар СПГ; 6 – выдача СПГ; 7 – блок выделения компонентов холодильного агента; 8 – блок предварительного охлаждения; 9 – блок топливного газа; 10 – блок факелов; 11 – резервуар СНГ; 12 – блок

пожарногооборудования; 13 – блокнасосовСПГ

В промышленно развитых районах, где для привода электропотребляющих агрегатов используется электроэнергия, производимая близлежащими электростанциями, расход газа снижается до 2–6 % от поступления.

6.9. Малотоннажное производство СПГ

Наряду с крупнотоннажным сжижением природного газа, основанным на применении внешних холодильных установок большой холодопроизводительности, когда мощности компрессоров достигают нескольких сотен тысяч киловатт, мировая ин-

113

дустрия СПГ уделяет внимание и малотоннажному производству СПГ на малых установках с мощностью оборудования в несколько сотен киловатт.

Сжижение природного газа на малотоннажных установках базируется, как правило, на детандерных холодильных циклах. Это обусловлено возможностью непосредственного использования давления газа в магистральных газопроводах или на автомобильных газонаполнительных компрессорных станциях для осуществления детандерного холодильного цикла. Потенциальная энергия сжатого газа весьма значительна и может быть применена для получения СПГ.

В настоящее время малотоннажные установки СПГ построены и эксплуатируются более чем в десятке стран мира, в том числе и в России.

Малотоннажные установки используются в основном на внутреннем рынке стран для следующих целей:

–автономное газоснабжение населенных пунктов и промышленных объектов с доставкой СПГ от мест производства потребителям автотранспортом(автоцистерны, контейнеры-цистерны);

–использование СПГ в качестве топлива в транспортных средствах и в газоэлектрогенераторах;

–создание станций сжатия или потребления газа предприятиями и населенными пунктами путем накопления СПГ в изотермических хранилищах летом и подачи его в газопроводы зимой при пиковых нагрузках;

–бесперебойное газоснабжение потребителей при проведении аварийных или планово-предупредительных ремонтов.

При определенных условиях малотоннажное производство СПГ может оказаться рентабельным в регионах, не обеспеченных системой трубопроводной газификации или использующих в качестве энергоносителей нефтепродукты.

Малотоннажное производство СПГ представляет интерес и при освоении малоресурсных месторождений природного газа, которые составляют до 80 % запасов природного газа в мире.

114

В частности, в России около 600 месторождений относится к мелким с запасами менее 10 млрд м3, и по экономическим условиям они не вовлечены в промышленную эксплуатацию. Они малы, чтобы стать базой для современных производств, и не могут оправдать прокладку к ним трубопроводов, в связи с чем проблема использования и транспортировки газа с этих месторождений требует специальных технологий малотоннажного сжижения.

Наличие газопроводной сети позволяет организовать производство СПГ с помощью ожижителей, реализующих свободный перепад давлений, действующих газораспределительных станций (ГРС). Такие ожижители, работающие по дроссельному или детандерному циклам, характеризуются отсутствием сложного машинного оборудования, простотой конструкции и эксплуатации и практически не потребляют электроэнергию. Они действуют по принципу частичного ожижения, подключаются параллельно редуцирующим устройствам ГРС, чтобы несжиженная часть перерабатываемого ПГ сбрасывалась в продукционный газопроводГРС(рис. 6.7).

Рис. 6.7. Схема совмещенияожижителясГРС

Коэффициент ожижения составляет около 2,5 % в дроссельном и не менее 10 % в детандерном цикле, что на ГРС производительностью 100 тыс. м3/ч обеспечивает получение 1,5–6,5 т/ч

115

СПГ. При этом энергетические затраты не превышают 0,05 кВт/ч на 1 кг СПГ, что на порядок ниже, чем для ожижителей, реализующих схему 100 % ожижения и работающих по таким широко применяемым циклам, как каскадный или однопоточный со смешанным хладагентом.

Простейшая схема ожижительной установки на базе детандера изображена на рис. 6.8.

Рис. 6.8. Простейшаясхемадетандерногоожижителягаза

На ожижительной установке вместо детандера может применяться вихревая труба, которая представляет собой короткий отрезок конусной металлической трубы с одним входным и двумя выходными патрубками. Между этими патрубками расположена так называемая «улитка» – газовая направляющая, выполненная по спирали Архимеда (рис. 6.9).

При подаче потока газа на такую спираль он, раскручиваясь вокруг геометрической оси трубы, под действием центробежных

116

сил уплотняется и формирует периферийный вихрь, продвигаясь в своем вращении по внутренней стенке конуса в сторону горячего конца. Достигнув конца трубы, часть потока выходит через дроссель, а другая часть, отразившись от задней стенки, формирует обратный осевой поток.

Рис. 6.9. Схемаожижительнойустановки, созданнойнабазевихревойтрубы

Во время вращения газовый поток подвергается интенсивным центробежным ускорениям (несколько тысяч g), приводящим к появлению мощных сил инерции, которые инициируют возникновение интенсивного процесса энергообмена между встречно движущимися потоками. В результате периферийный поток подогревается и в горячем состоянии выходит через патрубок горячего конца, а осевой поток выхолаживается и в холодном состоянии выходит через патрубок холодного конца. В частности, при подаче во входной патрубок сжатого газа с температурой

117

20 °С из холодного патрубка выходит газ с температурой минус 35 °С, а из горячего с температурой 50 °С.

Ожижители с вихревой трубой по сравнению с детандером обладают следующими преимуществами:

–меньше чувствительность к составу газа;

–меньше чувствительность к появлению капельнойжидкости;

–короткое время запуска;

–простота конструкции и отсутствие требований к высокой квалификации обслуживающего персонала;

–отсутствие внешних нагрузочных устройств;

–высокий ресурс работы (нет движущихся деталей);

–возможность гибкого регулирования работы при изменении состава газа, давления и т.п.

Рис. 6.10. Одна извозможныхсхеможижительной установки, созданныхнаоснове использованияарктического холода

118

Такая технология наиболее выгодна для использования на северных месторождениях, так как вихревая труба, помимо холода, вырабатывает еще и тепло. Это дает возможность использовать арктический холод для вымораживания горячего газа, который, интенсивно остывая в горячем теплообменнике, также поступает на ожижение, в итоге это позволяет удвоить производительность ожижителя и повысить экономическую эффективность производства.

В малотоннажных установках сжижения природного газа в качестве хладагента применяют сам СПГ. При этом применяются различные циклы сжижения: с дросселированием, детандером, вихревой трубой. Пример схемы установки ожижения с использованием арктического холода представлен на рис. 6.10.

При создании мини-завода по производству СПГ на площадке автомобильной газонаполнительной компрессорной станции можно использовать существующее компрессорное оборудование. Все остальное оборудование, связанное с заправкой и хранением, остается неизменным.

119

7. ТРАНСПОРТ СЖИЖЕННЫХ УГЛЕВОДОРОДНЫХ ГАЗОВ

От заводов, где получают СУГ, потребителям их доставляют в сосудах под давлением, в изотермических (низкотемпературных) емкостях, по трубопроводам. Доставка СУГ – сложный процесс, включающий транспортирование газов, их обработку на железнодорожных и морских терминалах, кустовых базах и газонаполнительных станциях, транспортирование для непосредственной доставки потребителем.

Транспорт СУГ осуществляется следующими способами:

–по железной дороге в вагонах-цистернах, контейнерахцистернах, вагонах, груженных баллонами;

–автотранспортом в автоцистернах, контейнерах-цистернах

ив автомобилях, груженных цистернами и баллонами;

–морским транспортом и речным транспортом на специальных судах-танкерах, судах-контейнеровозах;

–авиатранспортом в баллонах;

–по трубопроводам.

Крупные промышленные потребители СУГ, расположенные вблизи ГПЗ или НПЗ, как правило, получают сырье от заводовпоставщиков по трубопроводам.

СУГ, поставляемые на экспорт, перевозят морским транспортом, по железной дороге, автотранспортом.

СУГ, в основном СПБ, предназначенные для бытового потребления, автотранспорта или небольших промышленных нужд, отпускаются через кустовые базы и газонаполнительные станции.

Кустовые базы (КБ) и газонаполнительные станции (ГНС) можно отнести к крупным потребителям сжиженных газов (в основном СПБ), которые получают его от заводов-поставщиков преимущественно в железнодорожных цистернах. При этом среднее расстояние транспортировки по России составляет 1600 км и доходит до 3000 км.

Расположенные КБ и ГНС вблизи газоперерабатывающих заводовполучают газпо трубопроводамили крупнымавтоцистернам.

120