Станция сжижения природного газа

Производство сжиженного природного газа (СПГ)

Производство сжиженного природного газа основано на значительном (примерно в 600 раз) уменьшении занимаемого этим газом объема. СПГ – криогенная жидкость, получаемая из природного газа охлаждением до температуры конденсации -161,5 °C. Температура кристаллизации – -182,5 °C, плотность – 0,42 кг/л.

За счет этого достигается существенное сокращение расходов на хранение и транспортировку, которая может осуществляться специальными судами, контейнерами, автомобильным и железнодорожным транспортом и т.д., что позволяет СПГ составить серьезную конкуренцию традиционному трубопроводному газу. Кроме того, хранение СПГ обходится недорого; при этом образуются огромные “буферы энергии”, доступ к которым обеспечивается за считанные секунды.

Технологический процесс

Как правило, производство СПГ включает следующие установки:

• а) подготовка газа;
• б) сжижение газа;
• в) фракционирование;
• г) хранение сжиженного газа;
• д) системы отгрузки.

Очистка газа

Сырой природный газ на входе подвергается фильтрации для очистки от взвешенных твердых частиц. Далее поток через входные сепараторы-каплеуловители. Где газ очищается от капельных жидкостей, захваченных потоком из трубопроводов. После выхода из сепаратора-газоуловителя газ направляется на установку удаления кислых компонентов.

Существует несколько способов очистки природного газа от кислых примесей:

Большинство заводов СПГ используют аминовую очистку от углекислого газа и сероводорода – метод химической абсорбции водными растворами амина (МЭА, ДЭА, ДГА, МДЭА) и его соединениями с активаторами.

В результате взаимодействия кислых газов с аминовыми растворами в очистной системе образуется воды, содержание которой в природном газе ограничено 1 ppmv, это определяет порядок размещения в технологической цепи обезвоживающей установки адсорбционной установки.

Установки сжижения газа

В настоящее время используются различные технологические процессы, основанные на одном принципе: охлаждение и конденсация природного газа в теплообменном аппарате одним или более хладагентами.

К ключевым компонентам оборудования процесса сжижения относятся, прежде всего, теплообменники и компрессоры, а к технологическим – тип хладагента и способ охлаждения.

Процесс сжижения природного газа – перевод в жидкое состояние основного его компонента – метана. На рисунке приведен пример технологической схемы сжижения природного газа.

В промышленности применяются как процессы сжижения природного газа с целью получения сжиженного природного газа как конечного продукта, так и процессы сжижения в сочетании с процессами низкотемпературного фракционирования попутных и природных газов, позволяющие выделять из этих газов газовый бензин, бутаны, пропан и этан, а также извлекать гелий из гелиеносных природных и попутных газов.

Чтобы сжижить природный газ, его необходимо охладить до температуры порядка -160 °C, то есть температуры ниже критической. Существует несколько способов достижения холода такой глубины.

В настоящее время для получения сжиженного природного газа применяются два процесса:

1. конденсация при постоянном давлении (компримирование);
2. теплообменный: рефрижераторный с использованием охладителя или турбодетандерный/дросселирование с получением необходимой температуры при резком расширении газа.

Процесс сжижения природного газа является весьма энергоемким, вследствие чего в настоящее время в мировой практике зачастую отдают предпочтение теплообменным способам сжижения.

Дросселирование позволяет получать сжиженный природный газ при малых энергетических затратах. Недостатком является низкий коэффициент ожижения – до 4%, и требование многократной перегонки.

В компрессорно-детандерной 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 невысок – до 14%. Это значит, что для реализации такой схемы, так же как и для дроссельной, необходимо наличие магистрали низкого давления для сброса в нее несжиженной части природного газа.

Кроме того, выделяют следующие системы сжижения газа:

1. классический каскадный цикл с последовательным использованием в качестве хладагентов пропана, этилена и метана путем последовательного снижения их температуры кипения;
2. цикл с двойным хладагентом – смесью этана и метана;
3. расширительные циклы сжижения;
4. 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 хладагента 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 схемы представляют 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.

Лицензиары и технологии

Технологии сжижения больших заводов СПГ в мире:

• AP-C3MR — разработан Air Products & Chemicals, Inc. (APCI)
• AP-X — разработан Air Products & Chemicals, Inc. (APCI)
• AP-SMR (Single Mixed Refrigerant) — разработан Air Products & Chemicals, Inc. (APCI)
• Cascade — разработан ConocoPhillips
• MFC (mixed fluid cascade) — разработан Linde
• PRICO (SMR) — разработан Black & Veatch
• DMR (Dual Mixed Refrigerant)
• Liquefin — разработан Air Liquide
• “Арктический каскад” для ПАО “НОВАТЭК” (Ямал СПГ)

Источник

Преимущества мини-завода по производству сжиженного природного газа (СПГ)

Конкурентные преимущества производства СПГ в России

Сжиженный природный газ – криогенная жидкость, полученная в результате смешивания углеводородов с азотом, как результат охлаждения метана при температуре до -160 о С. СПГ имеет ряд преимуществ перед природным газом:

• возможность газифицировать промышленные и жилые объекты, удаленные от трубопровода;
• компактное хранение;
• полное соответствие природному газу по физическим показателям;
• отсутствие серы и прочих примесей при сгорании метана, это значительно продлевает срок службы отопительного котла;
• удобная транспортировка.

Технология производства была разработана еще в 1912 году, но лишь спустя 40 лет в США построили первый завод по производству. Только в последнее десятилетие наблюдается стремительный рост мини-производств по всему миру, но в России эта ниша практически не занята. Активно функционируют только четыре комплекса:

• микро-завод по сжижению метана в Пермском крае, его производительность достигает 12,6 тыс. т в год;
• в Карелии – более мощное производство – до 0,15 млн т в год;
• два на Балтике – 0,2 и 0,3 млн т в год. Эти производства ориентированы на экспорт сжиженного газа.

У Российского газового гиганта Газпрома в ближайшей перспективе открытие двух заводов на Сахалине.

Преимущества небольшого завода по сжижению газа перед крупным промышленным комплексом очевидны:

• компактное расположение;
• значительная экономия капитальных вложений;
• полная автоматизация и минимальное участие человека в процессе производства;
• мобильность и возможность транспортировки оборудования на новое место;
• быстрая окупаемость.

Отсутствие конкуренции в отрасли и значительный спрос открывают хорошие перспективы для организации бизнеса. По данным официальной статистики, в России города газифицированы на 83%, а сельская местность лишь на 21%. Ввиду того, что природный газ стоит дешево, этот вид топлива считается наиболее экономичным и предпочтительным.

Вся проблема лишь в его транспортировке, поскольку строительство трубопроводов — достаточно дорогостоящее мероприятие, которым может заниматься только одна структура под контролем государства.

Уникальный завод по производству сжиженного природного газа

Мини-завод имеет много преимуществ, но и существенный недостаток – это дорогостоящее предприятие по первоначальным капитальным вложениям. Стоимость оборудования составляет 400 млн рублей. Но стоит отметить, что государство поддерживает такие стратегические проекты, может предоставить кредит под низкий процент или налоговые каникулы на первые два года.

Процесс производства

Исходным сырьем для производства служит природный газ и хладагент.

Существует две технологии производства СПГ:

Технология открытого цикла предполагает использование давления газа для выработки энергии, необходимой при охлаждении. Метан, пропускаемый по турбинам, охлаждается и расширяется, на выходе получается жидкость. Это простой способ, но он имеет один существенный недостаток – сжижается только 15% метана, а остальная его часть, не набирая достаточного давления, покидает систему.

Если поблизости завода есть непосредственные потребители газа, то можно смело использовать данную технологию, поскольку она менее затратная – расходуется минимальное количество электроэнергии на производственный процесс. Как следствие – более низкая себестоимость конечного продукта. Но если потребителей нет, то применять данный метод экономически нецелесообразно – большие потери исходного сырья. lustgate.co.nz.

Технология производства с использованием азота:

• в замкнутом контуре, содержащем турбины и компрессоры, постоянно циркулирует азот;
• после охлаждения азота, он направляется в теплообменное устройство, куда параллельно доставляется и метан;
• газ охлаждается и сжижается;
• азот направляется в компрессор и турбину для охлаждения и прохождения следующего цикла.

Преимущества этой технологии:

• 100% использование исходного сырья;
• компактность оборудования и простота его эксплуатации;
• высокая надежность и безопасность.

Недостаток только один – высокое потребление электроэнергии (на каждый 1 нм 3 /ч готовой продукции расходуется до 0,5 кВт/ч), что значительно повышает себестоимость.

Составные элементы мини-завода по сжижению природного газа

В зависимости от выбранной технологии производства СПГ, комплектуется и мини-завод. В России используются комплексы для сжижения метана с помощью азота. Оборудование предоставляют некоторые отечественные компании, например, ЗАО «Крионорд», а также китайские (Sureway, GASOOO), американская Dresser-Rand Group, англо-голландский концерн Shell.

Завод от компании ЗАО «Крионорд» по производству СПГ состоит из следующих составных элементов:

• система приема и очистки природного газа;
• агрегат для осушки и подогрева метана;
• компрессор;
• рекуперативные теплообменники нижнего и верхнего температурного уровня;
• теплообменник-испаритель;
• дроссельная машина;
• холодильная установка;
• емкость для хранения СПГ.

Технические характеристики завода:

• производительность – до 2,9 т/ч;
• расход электроэнергии – до 430 кВт;
• давление в системе – до 25 МПа;
• расход исходного сырья – 3600 нм 3 /ч.

Для осуществления процесса производства необходим газ такого состава:

Полученный сжиженный газ будет соответствовать ТУ РФ №51-03-03-05.

Какие бывают мини-заводы по производству сжиженного газа

Обзор рынка изготовителей оборудования по производству СПГ не ограничивается только наземными комплексами. Представлены и плавучие установки. В России такие системы планируется эксплуатировать в акватории Финского залива. Продукция будет идти преимущественно на экспорт, а также для заправки судов, как отечественных, так и иностранных, находящихся на рейде в заливе. В настоящее время оборудование для плавучих заводов производит компания Shell, а также General Electric.

Плавучие заводы имеют ряд преимуществ:

• высокая мобильность;
• близость к транспортным судам и непосредственным потребителям;
• более простая процедура оформления банковской ссуды (под движимое имущество).

Видео: Комплекс по производству сжиженного газа по новейшей технологии

Источник