¿Cuál es la diferencia entre el proceso de refrigeración de tres etapas y el proceso de refrigeración de dos etapas en una planta de licuefacción de gas natural? ¡Por favor descríbalo en detalle!
El componente principal es el metano, reconocido como la energía más limpia del planeta. Incoloro, inodoro, no tóxico y no corrosivo, su volumen es aproximadamente 1/600 del mismo volumen de gas natural gaseoso, y el peso del gas natural licuado es sólo aproximadamente el 45% del mismo volumen de agua. Su proceso de fabricación consiste en purificar el gas natural producido en el yacimiento de gas, licuarlo a través de una serie de temperaturas ultrabajas y luego transportarlo en buques metaneros. Después de la combustión, la contaminación del aire es muy pequeña y el calor liberado es grande, por lo que el GNL es bueno.
Está elaborado a partir de gas natural que se comprime, enfría y licua a -160°C. Su componente principal es el metano, que se transporta en barcos especiales o camiones cisterna y luego se gasifica cuando se utiliza. Desde la década de 1970, la producción y el comercio mundial de GNL han crecido rápidamente. En 2005, el volumen del comercio internacional de gas natural licuado alcanzó los 1.888.5438+0.000 millones de metros cúbicos, de los cuales Indonesia fue el mayor exportador, con un volumen de exportación de 3.140 millones de metros cúbicos. El mayor país importador es Japón, con 76,32 mil millones de metros cúbicos.
II. Panorama general y tendencias de desarrollo en el país y en el extranjero
En 1941, se construyó en Cleveland, EE. UU., la primera planta de GNL a escala industrial del mundo, con una capacidad de licuefacción de 8500 m3/d. Desde el siglo XX Desde la década de 1960, la industria del GNL se ha desarrollado rápidamente y su escala se ha vuelto cada vez mayor. La capacidad de licuación de carga básica es de 2,5 × 104 m3/d. Según los datos [3], se han puesto en funcionamiento más de 160 unidades de GNL en varios países y el volumen total de exportación de GNL ha superado las 46,1,8 × 1,06 t/a. ..
El principal componente del gas natural es el metano. El punto de ebullición a presión normal del metano es -16 1 °C, la temperatura crítica es -84 °C y la presión crítica es 4,1 MPa. GNL es la abreviatura de gas natural licuado. Se forma purificando el gas natural (deshidratación, deshidrocarbonización y eliminación del gas de acidificación) [4] y luego convirtiendo el metano en líquido mediante estrangulamiento, expansión y refrigeración adicional con fuente de frío [5].
2.1 Estado actual de la investigación extranjera
Las plantas de licuefacción extranjeras tienen grandes escalas, procesos complejos, muchos equipos y altas inversiones. Básicamente utilizan refrigeración en cascada y tecnología de refrigeración con refrigerante mixto. Actualmente, ambos tipos de plantas están en funcionamiento, y las plantas recién puestas en funcionamiento utilizan principalmente tecnología de refrigeración con refrigerante mixto. El objetivo principal de la investigación es reducir el consumo energético de la licuefacción. El proceso de refrigeración ha evolucionado desde la refrigeración por pasos hasta el ciclo de refrigeración con refrigerante mixto. En la actualidad, existen informes y un nuevo proceso Cⅱ-2 [6]. Este proceso no solo tiene las ventajas de una circulación simple de componentes puros, sin separación de fases y un control fácil, sino que también tiene las ventajas de un ciclo de refrigeración con refrigerante mixto, como buena temperatura y coordinación de temperatura del gas natural y el refrigerante, alta eficiencia, y menos equipamiento.
La empresa francesa Axens cooperó con IFP para desarrollar un proceso avanzado de licuefacción de gas natural: líquido por primera vez, sentando las bases para el mercado del GNL. Su capacidad de producción es entre un 15% y un 20% mayor que el método general y el costo de producción es un 25% menor. Después de adoptar el método de licuefacción, la producción de cada unidad de licuefacción puede alcanzar más de 600×104 t/año, y el costo de producir GNL mediante el método de licuefacción se puede reducir en un 25% por tonelada [7]. La principal ventaja de este proceso es que utiliza intercambiadores de calor de aletas y un proceso termodinámicamente optimizado, lo que permite la construcción de plantas de licuefacción de capacidad ultragrande. Axens ha propuesto el uso de este proceso en varias regiones importantes, incluidos Estados Unidos, Europa y Asia, y está realizando estudios preliminares de diseño y viabilidad. La seguridad, la protección del medio ambiente, la practicidad y la innovación del proceso Liquefin desarrollado por IFP y Axens han sido recientemente reconocidos en todo el mundo, y el proceso ganó el Premio a la Excelencia en Ingeniería de la Institución de Ingenieros Químicos [8].
La Estación Experimental de Ingeniería de la Universidad de Texas ha desarrollado una nueva tecnología de licuefacción de gas natural, la tecnología GTL, y ha obtenido una patente. Esta tecnología es más adecuada para instalaciones más pequeñas que la tecnología GTL desarrollada actualmente y puede procesar 30,5 × 104 m3/d de gas natural. El GTL de la estación experimental tiene licencia para Combustibles Sintéticos. La empresa ha construido una planta piloto GTL cerca del campus de la Universidad A&M y actualmente está realizando análisis de simulación económica. En comparación con las tecnologías existentes, el nuevo proceso es mucho más simple, no requiere gas de síntesis y no requiere el uso de oxígeno además de generar electricidad. Su economía, escala y producción son diferentes del proceso ordinario Fischer-Tropsch GTL. La primera unidad industrial podría estar terminada en el primer semestre de 2004 [9].
2.2 Estado actual de la investigación nacional
Ya en la década de 1960, la Comisión Nacional de Ciencia y Tecnología formuló un plan de desarrollo para el gas natural licuado y completó pruebas industriales a mediados de la década de 1960. La planta química de Weiyuan de la Oficina de Administración de Petróleo de Sichuan tiene el dispositivo de producción industrial de licuefacción y separación criogénica de gas natural más antiguo de China y produce GNL además de él. En 1991, la fábrica proporcionó 30 toneladas de combustible para pruebas de cohetes al Ministerio de Aeroespacial. A diferencia de la situación en el extranjero, la investigación sobre licuefacción de gas natural en mi país se centra en procesos de licuefacción a pequeña escala, y existen muchas publicaciones al respecto [10]. La siguiente es una breve introducción a los procesos de plantas de licuefacción de gas natural existentes en China.
Planta de gas natural licuado de Sichuan
El dispositivo de licuefacción de gas natural de 300 l/h desarrollado conjuntamente por Beijing Keyang Gas Liquefaction Technology Co., Ltd. de la Academia China de Ciencias y Sichuan Jianyang Keyang Cryogenic Equipment Co., Ltd. utiliza GNL y sirve como proyecto de demostración para reducir los picos de gas industrial y residencial y reemplazar el petróleo por gas. La unidad fue construida en 1992 para proporcionar GNL para la investigación de vehículos a GNL.
Este dispositivo aprovecha al máximo la presión del propio gas natural, utiliza un expansor de turbina de gas para refrigerar el gas natural licuado y se utiliza para reducir los picos de producción de gas natural civil o GNL. El flujo del proceso es razonable y se utiliza un expansor de turbina de gas tecnológicamente avanzado. Este dispositivo básicamente no consume agua ni electricidad y es un proyecto que ahorra energía. Sin embargo, la tasa de licuefacción es muy baja, alrededor del 10%, lo que es consistente con su principio de diseño.
2.2.2 Planta de GNL del campo petrolífero de Jilin
El dispositivo de prueba industrial montado sobre patines de 500 l/h desarrollado conjuntamente por el campo petrolífero de Jilin, la Corporación Nacional de Petróleo de China y el Centro de Baja Temperatura de China La Academia de Ciencias se lanzó el 5438 de junio + 0996 + 65438 de febrero. El dispositivo utiliza tecnología de ciclo expansor que utiliza nitrógeno como refrigerante. El dispositivo completo consta de 10 patines y todo el equipo es de producción nacional [11].
El dispositivo utiliza un expansor de turbina con cojinete de gas; el tamiz molecular doméstico elimina profundamente el agua y el CO2 del gas natural. El proceso es simple y la estructura montada sobre patines está en línea con las características de un dispositivo pequeño. El uso de nitrógeno puro como refrigerante tiene un mayor consumo de energía que un ciclo expansor que utiliza refrigerante. El gas natural se licua a presión media (aproximadamente 5,0 MPa) y no utiliza completamente su propia presión (la licuación a presión más alta no solo puede aumentar la temperatura de refrigeración del nitrógeno, sino también reducir la carga de refrigeración), por lo que el consumo de energía del dispositivo es alto.
2.2.3 Gas natural licuado del campo de gas de Shaanxi del norte
El "Proyecto de demostración de GNL del campo de gas de Shaanxi del norte" de 2 × 104 m3/d, completado y puesto en funcionamiento en junio de 1999, es un paso importante en el desarrollo de la industria del GNL de mi país. El proyecto piloto es también el primer dispositivo de industrialización de GNL a pequeña escala en mi país. El dispositivo utiliza un ciclo de refrigeración de expansión de gas natural, lavado de metanol a baja temperatura y secado por tamiz molecular para purificar el gas crudo. Se utiliza un refrigerador de onda de gas y un expansor de turbina. El motor de gas se utiliza como fuente de energía. del compresor de ciclo, y el escape del motor de gas se utiliza para calentar la fuente de calor de regeneración del tamiz molecular. Todo el equipamiento de esta instalación está localizado. El funcionamiento exitoso de este dispositivo proporciona a China experiencia en la utilización de gas natural para producir GNL en campos remotos de petróleo y gas [12].
2.2.4 Planta de GNL del campo Zhongyuan
El campo Zhongyuan ha construido la planta de GNL más grande de China, con una capacidad de gas crudo de 26,6 5 × 104 m3/d y una capacidad de licuefacción de 1 0 × 104 m3/ d, capacidad de almacenamiento 1200 m3, tasa de licuefacción 37,5%[13]. En la actualidad, sobre la base de la total absorción de tecnología avanzada extranjera, combinada con la situación de equipos relevantes en el país y en el extranjero, y centrándose principalmente en las características de su propia fuente de gas, se ha formulado un plan técnico de GNL [14]. El proceso utiliza el método de adsorción por tamiz molecular comúnmente utilizado para la deshidratación, y el proceso de licuefacción utiliza preenfriamiento de propano + preenfriamiento de etileno + estrangulación.
Cuando el volumen de gas bruto es de 30×104 m3/d, el rendimiento llega al 51,4% y el consumo de energía es de 0,13 Kwh/Nm3. La ventaja es que cada sistema de refrigeración es relativamente independiente y tiene buena confiabilidad y flexibilidad. Sin embargo, el proceso es relativamente complejo, requiere dos medios y ciclos de refrigeración y requiere una alta inversión en equipos. Dado que la planta utiliza plenamente la energía de presión del gas natural en los pozos de gas de los yacimientos petrolíferos, el costo de licuefacción es bajo.
2.2.5 Pequeña planta de GNL de la Universidad de Tianjin
En comparación con las plantas grandes, las pequeñas plantas de GNL no solo tienen ventajas de materia prima y de mercado, sino que también tienen una baja inversión, una reubicación conveniente y gran flexibilidad [15]. Las plantas de GNL utilizan principalmente sistemas de aminosolventes para pretratar el gas natural y eliminar impurezas como el CO2. Deshidratación de tamices moleculares; varios pasos de licuefacción. La unidad utiliza un sistema de refrigeración híbrido de una sola etapa; un ciclo de refrigeración de circuito cerrado utiliza un compresor para comprimir el refrigerante. El proceso de refrigerante mixto de una sola etapa es simple y eficiente, adecuado para pequeñas plantas de GNL.
El compresor puede ser accionado por una turbina de gas o por un motor eléctrico. En zonas con precios de electricidad bajos (bajo coste, mantenimiento sencillo), se puede dar prioridad a los motores eléctricos. En áreas donde los precios del gas son más bajos, las turbinas de gas serán una mejor opción. Los resultados de la evaluación económica muestran que el costo de inversión de una unidad de licuefacción impulsada por turbina de gas es de entre 2 y 4 millones de dólares más alto que el de una unidad de licuefacción impulsada por motor eléctrico. Según la estimación de costos de un conjunto de unidades de licuefacción de 15 × 106 pies 3 /d, la capacidad del tanque de almacenamiento del proyecto de GNL utilizado para reducir los picos es de 65438+100 millones de m3, mientras que el proyecto de GNL utilizado para combustible de vehículos solo requiere 700 m3. El costo final del GNL utilizado para reducir los picos es de 2,03 ~ 2,11 dólares estadounidenses / 1000 pies cúbicos, mientras que el costo del GNL para vehículos es de solo 0,98 ~ 0,99 dólares estadounidenses / 1000 pies cúbicos.
2.2.6 Nueva Tecnología de Licuefacción del Southwest Petroleum Institute
La capacidad de procesamiento diario de este proceso es de 3,0 × 104 m3 de gas natural, el cual está compuesto principalmente por gas crudo (CH4: 95,28 %, CO2: 2,9%) Composición, utilizada para descarburación, deshidratación, preenfriamiento de propano, refrigeración de refrigeradores por ondas de gas y compresión de ciclos. Con base en la ecuación de estado SRK se desarrolló un software para el proceso de licuefacción de gas natural. El compresor de gas natural funciona con un motor de gas natural y el equipo eléctrico de carga pequeña funciona con un grupo electrógeno de gas natural, lo que resuelve el problema de la falta de electricidad o la escasez de electricidad en zonas remotas. Dado que no hay tuberías de recolección y transporte en áreas remotas, el gas natural licuado se reciclará y comprimirá para aumentar la tasa de licuefacción de toda la planta.
Este dispositivo utiliza el proceso de monoetanolamina (MK-4) para eliminar el CO2. Debido a la pequeña capacidad, la torre de absorción de descarbonización y la torre de regeneración deberían utilizar torres empaquetadas de alta eficiencia [16]. Debido al uso de refrigerantes mixtos, no existe tecnología ni experiencia maduras en la gestión de diseño y operación en China, y el sistema de control de instrumentos es relativamente complejo.
Al mismo tiempo, considerando el alto contenido de metano en el gas de alimentación, se puede aprovechar la energía de presión. Por lo tanto, el proceso del ciclo de licuefacción del gas natural utiliza refrigeración por expansión directa del gas natural [17]. La refrigeración por ondas de gas es un proceso de expansión isentrópica. El refrigerador por ondas de gas se desarrolla basándose en el separador térmico y utilizando la teoría de las ondas de gas. La estructura absorbe algunas ventajas del separador térmico y al mismo tiempo agrega el componente clave de la cavidad de absorción de microondas. Obviamente, es diferente del separador térmico en principio, ya que puede utilizar de manera más efectiva la presión del gas y mejorar la eficiencia de la refrigeración.
2.2.7 Instituto de Diseño de Ingeniería de Gas de Harbin y Instituto de Tecnología de Harbin
El sistema de GNL incluye principalmente pretratamiento de gas natural, licuefacción a baja temperatura, almacenamiento a baja temperatura, gasificación y gas natural. exportar[18] . El gas natural tratado se licua mediante un proceso de condensación de mezcla única de varias etapas y el compresor de refrigeración es impulsado por un motor de gas natural. El tanque de almacenamiento de GNL es un tanque de aislamiento bimetálico, y el tanque interior y el tanque exterior están hechos de acero al níquel y acero al carbono respectivamente [19].
Los compresores de gas cíclicos generalmente funcionan con gas natural, lo que puede ahorrar costos operativos y proporcionar una rápida recuperación de la inversión. Los compresores generalmente adoptan un diseño especial sin lubricación para evitar la contaminación del gas natural por aceite lubricante [20]. Se utiliza una turbina equipada con un sistema electrónico de control de velocidad. Los álabes finales de la nueva turbina están fabricados en aleación de diamante, lo que mejora la operatividad mecánica. Los nuevos embragues instalados en el turbocompresor son flexibles, su fiabilidad es relativamente alta y la holgura se puede ajustar.