La liquefazione del gas naturale è un processo a bassa temperatura. Il gas naturale grezzo purificato entra nello scambiatore di calore per il raffreddamento a bassa temperatura, la condensazione e il sottoraffreddamento, strozza e depressurizza alla temperatura di – 160 ~ 165 ℃ ed entra nel serbatoio di stoccaggio del GNL.
La relazione tra il calore e la temperatura del raffreddamento, della condensazione e del sottoraffreddamento del gas naturale è la seguente:
1) Tipologie di ciclo frigorifero
Per liquefare il gas naturale, è necessario rimuovere il calore nel processo di raffreddamento, condensazione e sottoraffreddamento del gas naturale, ovvero è necessaria la corrispondente capacità di raffreddamento per scambiare con esso.
Il sistema di refrigerazione equipaggiato nel processo di liquefazione deve fare in modo che lo scambiatore di calore raggiunga la differenza di temperatura minima tra il flusso di freddo e quello di calore, in modo da ottenere un'elevata efficienza di refrigerazione.
Il sistema di refrigerazione per la liquefazione del gas naturale è molto maturo e i processi comunemente utilizzati includono:
Ciclo di refrigerazione a fasi
Ciclo frigorifero a refrigerante misto
Ciclo frigorifero a refrigerante misto con Preraffreddamento
Meccanismo di espansione a ciclo freddo
2) Ciclo di refrigerazione a gradini
Il ciclo di refrigerazione a fasi è stato applicato per la prima volta ai prodotti a base di gas naturale liquefatto nel 1939. È stato installato a Cleveland negli Stati Uniti, utilizzando NH3 e C2H4 come refrigeranti di primo e secondo stadio.
Nella prima fase, come refrigerante viene utilizzato propano o freon. Il gas naturale purificato viene raffreddato a – 35 ~ – 40 ℃ in un refrigeratore a propano o freon. Dopo aver separato gli idrocarburi pesanti sopra il pentano, entra nella seconda fase di raffreddamento. Il gas propano evaporato dal refrigeratore a propano viene pressurizzato dal compressore, nuovamente liquefatto dopo il raffreddamento da parte del refrigeratore ad acqua e riciclato nel refrigeratore a propano.
Nella seconda fase, l'etano o l'etilene vengono utilizzati come refrigerante e il gas naturale viene raffreddato a – 90 ~ – 100 ℃ nel secondo stadio e liquefatto nel terzo stadio per il raffreddamento. Dopo la pressurizzazione e il raffreddamento ad acqua, il gas evaporato dal raffreddatore di etano o etilene viene raffreddato e liquefatto nel raffreddatore di propano e riciclato nel raffreddatore di etano o etilene.
Nella terza fase, il metano viene utilizzato come refrigerante. Il gas naturale liquefatto viene sottoraffreddato a – 150 ~ – 160 ℃ nel refrigeratore del metano e quindi depressurizzato attraverso la valvola a farfalla. Quando la temperatura scende a – 162 ℃, viene pompato nel serbatoio di stoccaggio del GNL. Il gas evaporato dal raffreddatore del metano viene pressurizzato e raffreddato ad acqua, raffreddato nel raffreddatore del propano, liquefatto nel raffreddatore dell'etano o dell'etilene e riciclato nel raffreddatore del metano.
Il classico ciclo di refrigerazione a fasi comprende diversi stadi di raffreddamento relativamente indipendenti e collegati. Poiché il refrigerante viene generalmente compresso da un compressore multistadio, in ogni fase di raffreddamento il refrigerante può evaporare a diverse pressioni ed essere suddiviso in diversi livelli di temperatura per raffreddare il gas naturale, e il refrigerante evaporato a ciascuna pressione entra nello stadio del compressore corrispondente per compressione. In ciascuna fase di raffreddamento, solo il refrigerante è diverso e il processo operativo è sostanzialmente simile.
I vantaggi del ciclo di refrigerazione a gradini sono:
① Basso consumo energetico;
② Il refrigerante è puro e non presenta problemi di dosaggio;
③ Tecnologia matura e funzionamento stabile
Gli svantaggi del ciclo di refrigerazione a gradini sono:
① Esistono molte unità e il processo è complesso;
② Esistono molte apparecchiature ausiliarie e dovrebbero esserci apparecchiature specializzate nella produzione e nello stoccaggio di una varietà di refrigeranti;
③ La pipeline e il sistema di controllo sono complessi e scomodi da mantenere
Orario di pubblicazione: 26 settembre 2021
