Авторы

Анализ технологий малотоннажного производства СПГ с азотным циркуляционным циклом

DOI: 10.17586/1606-4313-2023-22-1-55-65
УДК 621.59

Анализ технологий малотоннажного производства СПГ с азотным циркуляционным циклом

Санавбаров Р. И., Зайцев А. В., Шерматова Ф. М.

Ссылка для цитирования: Санавбаров Р.И., Зайцев А.В., Шерматова Ф.М. Анализ технологий малотоннажного производства СПГ с азотным циркуляционным циклом. // Вестник Международной академии холода. 2023. № 1. С. 55-65. DOI: 10.17586/1606-4313-2023-22-1-55-65

Аннотация
Производство СПГ является очень энергоемким процессом и любые усилия по снижению энергетических затрат вызывают большой интерес. Производство СПГ с циркуляционным азотным циклом рассматривается как наиболее подходящий вариант для малотоннажного производства СПГ. В системах производства СПГ с циркуляционным азотным циклом максимальный коэффициент ожижения газа может доходить до 100%. Данные системы требуют относительно небольшие капиталовложения, так как имеется возможность применения небольшой холодильной машины и соответствующей системы для предварительной подготовки газа. Технологическая схема рассматриваемых систем отличается относительной простотой, надежностью, быстрым вводом в эксплуатацию, компактностью и минимальными требованиями по безопасности. Основным недостатком технологии является высокое энергопотребление. В статье проведен энергетический анализ технологий с азотным циклом и способов уменьшения их энергетических затрат. Рассмотрены разные модификации таких технологий. Также рассматривается применение холодильной машины с различными рабочими веществами и их влияние на общую эффективность технологии. Результаты анализа показывают, что при включении в схему цикла предварительного охлаждения энергоэффективность технологии значительно повышается. При включении холодильной машины с рабочим веществом R410 удельное энергопотребление процесса уменьшается на 22,7%, а при использовании пропана в качестве хладагента в холодильной машине − на 20%. В анализе также рассмотрены циклы с использованием CO₂и пары СН₄‒СО₂. Их результаты показывают снижение энергетических затрат на 7% и 12%, соответственно.

Ключевые слова: сжиженный природный газ, расширение газа в детандере, процесс сжижения, предварительное охлаждение, энергетический анализ, азотный циркуляционный цикл, холодильная машина, рабочее вещество.

Список литературы

1. Акулов Л.А.Установки и системы низкотемпературной техники. Ожижения природного газа и утилизация холода сжиженного природного газа при его регазификации: учеб. пособие. СПб.: СПбГУНиПТ, 2006. 175 с.

2. Федорова Е.Б.Современное состояние и развитие мировой индустрии сжиженного природного газа: технологии и оборудование. М.: РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина, 2011. 159 с.

3. Mokhatab S., Mak J.Y., Valappil V., Wood D.A.Handbook of liquefied natural gas, 1st ed.; 2014.

4. Chamberlain G.A.Management of large LNG hazards. In: 23rd World gas conference, Amsterdam; 2006.

5. Sepehr Sanaye, Seyed Milad Shams Ghoreishi.Energy, exergy and economic analyses of two modified and optimized smallscale natural gas liquefaction (LNG) cycles using N₂ and N₂/CH₄ refrigerants with CO₂ precooling. // Cryogenics. 2019. Vol.102. р. 66-76.

6. Сафин А.Х.Малотоннажное производство и применение СПГ ‒ сжиженного природного газа (метана) для беструбопроводного газоснабжения и в качестве моторного топлива для наземных транспортных средств. Технико-инвестиционные показатели установок. Отчет ‒ справочник. Санкт-Петербург, ООО «Прима-химмаш», 2013, 257 с.

7. Hasan M., Karimi I., Alfadala H.Optimizing compressor operations in an LNG plant. Book of proceedings of the 1st annual gas processing symposium. 2009. p. 179-84.

8. Архаров А.М., Семенов В.Ю., Лихачева Н.И.Исследование эффективных малотоннажных установок сжижения природного газа. // Инженерный журнал: наука и инновации. 2017. № 4.11 с.

9. Климентьев А. и др.Возможности и перспективы развития малотоннажного СПГ в России. М.: Центр энергетики Московской школы управления СКОЛКОВО, 2018. 187 с.

10. Краковский Б.Д., Попов О.М., Удут В.Н.Выбор схемы ожижителя природного газа // Холодильная техника. 1999. № 9. С. 26-27.

11. Zongming Y., Mengmeng C., Ying X., Chunlin L.Design and analysis of a small-scale natural gas liquefaction process adopting single nitrogen expansion with carbon dioxide pre-cooling. // Appl. Therm. Eng., 2014. 64:139-46.

12. Архаров А.М.Основы криологии. Энтропийно-статистический анализ низкотемпературных систем. М.: Изд-во МГТУ им. Баумана, 2004. 507 с.

13. Акулов Л.А., Борзенко Е.И., Новотельнов В.Н., Зайцев А.В.Теплофизические свойства и фазовое равновесие криопродуктов. Справочник. СПб.: СПбГУНиПТ, 2009. 567 с.

14. Чириков К.Ю., Рябова Т.С., Ворошилов В.П.Производство сжиженного природного газа. Способы и оборудование. М.: ВНИИЭгазпром, 1976. 71 с.

15. Грезин А.К., Бумагин Г.И., Ланда Ю.И. и др.Анализ эффективности различных схем ожижителей природного газа. В сб. науч. трудов: Криогенное оборудование и криогенные технологии. Вып. 1. Ч. 1. Омск, 1997. С. 15-24.

16. Архаров А.М., Семенов В.Ю., Красноносова С.Д.Энтропийно- статистический анализ установки ожижения природного газа с внешним азотным циклом охлаждения // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2015. № 11. С. 3-10.

17. Архаров А.М., Архаров И.А., Шевич Ю.А., Семенов В.Ю., Лавров Н.А., Красноносова С.Д., Колобова А.Н. К анализу существующих установок ожижения природного газа малой производительности. // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2010. № 7. с. 24-35.

18. Санавбаров Р.И., Зайцев А.В., Артемьев Д.Анализ ожижителей природного газа с азотным циркуляционным циклом // Техника и технология нефтехимического и нефтегазового производства. Материалы 12-й Международной научно-технической конференции (Россия, Омск, 16-19 февраля 2022 г.). С. 109-110.

19. Быстров Д.И., Акулов Л.А.Анализ детандерных циклов ожижения природного газа, использующих перепады давления на ГРС. В сб.: Совершенствование процессов и оборудования низкотемпературной техники и пищевых технологий. СПб.: СПбГАХПТ, 1998. 8 с. Деп. в ВИНИТИ 12.10.98, № 2973 – В98.

20. Архаров А.М. и др.Энтропийно-статистический анализ и экспериментальное исследование установки сжижения природного газа с предварительным охлаждением на уровне ‒70 ºC // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2016. № 7. С. 19-24.

21. Архаров А.М., Семенов В.Ю., Красноносова С.Д.Методика энтропийно-статистического анализа малотоннажных установок сжижения природного газа // Химическое и нефтегазовое машиностроение. 2015. № 10. С. 12-17.

22. Remeljej C.W., Hoadley A.F.A.An exergy analysis of small-scale liquefied natural gas (LNG) liquefaction processes. // Energy. 2006;31(12):2005-19.

23. He T.B., Ju Y.L.Performance improvement of nitrogen expansion liquefaction process for small-scale LNG plant. // Cryogenics. 2014, 61:111-9.

24. Ding H., Sun H., He M.Optimisation of expansion liquefaction processes using mixed refrigerant N2–CH4. // Appl. Therm.Eng.2016. 93:1053-60.

25. Фаловский В.И., Хорошев А.С., Шахов В.Г.Современный подход к моделированию фазовых превращений углеводородных систем с помощью уравнения состояния Пенга–Робинсона // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13. № 4. С. 120-125.

Читать статью полностью