СПГ. Это природный газ, охлажденный после очистки от примесей до температуры конденсации
 Скачать 24.61 Kb.
|
Это природный газ, охлажденный после очистки от примесей до температуры конденсации (-161,5°С), превращается в жидкость, называемую сжиженным природным газом (СПГ). Объем газа при сжижении уменьшается в 600 раз, что является одним из основных преимуществ этой технологии. В таком состоянии он представляет собой жидкость без запаха и цвета, плотность которой в два раза меньше плотности воды. Сжиженный газ не токсичен, кипит при температуре −158...−163 °C, состоит на 95 % из метана, а в остальные 5 % входят этан, пропан, бутан, азот. Преимущества СПГ. При применении в топливно-энергетическом комплексе и коммунальном хозяйстве - возможность газификации объектов, удаленных от магистральных трубопроводов на значительные расстояния, а также все преимущества использования природного газа: • высокая теплота сгорания; • максимально возможный КПД котлоагрегатов; • возможность полной автоматизации; • полное сгорание топлива, отсутствие серы, что значительно удлиняет срок службы котла. При использовании на транспорте: • высокая энергоемкость и большое октановое число; • компактное хранение; При замене других видов топлива и при решении экологических проблем - низкое содержание вредных веществ в продуктах сгорания, которое в несколько раз ниже по сравнению с жидкими и твердыми ископаемыми топливами, что позволяет резко снизить вред, наносимый окружающей среде. 2. Критическая температура фазового перехода — значение температуры в критической точке. При температуре выше критической температуры газ невозможно сконденсировать ни при каком давлении. В критической точке плотность жидкости и её насыщенного пара становятся равны, а поверхностное натяжение жидкости падает до нуля, поэтому исчезает граница раздела фаз жидкость-пар. Такое состояние называется сверхкритической жидкостью. Для смеси веществ критическая температура не является постоянной величиной и может быть представлена пространственной кривой (зависящей от пропорции составляющих компонентов), крайними точками которой являются критические температуры чистых веществ — компонентов рассматриваемой смеси. Критической точке на диаграмме состояния вещества соответствуют предельные точки на кривых равновесия фаз, в окрестностях точки фазовое равновесие нарушается, происходит потеря термодинамической устойчивости по плотности вещества. По одну сторону от критической точки вещество однородно (обычно при {\displaystyle T>T_{crit}}  ), а по другую — разделяется на жидкость и пар.Любое вещество можно перевести в газообразное состояние надлежащим подбором давления и температуры. Поэтому возможную область существования газообразного состояния графически удобно изобразить в переменных: давление р - температура Т (в р,Т -диаграмме). При температурах ниже критической  эта область ограничена кривыми сублимации (возгонки) I и парообразования II. Это означает, что при любом давлении ниже критического  существует температура Т, определяемая кривой сублимации или парообразования, выше которой вещество становится газообразным. В состояниях на кривой I (ниже тройной точки  ) газ находится в равновесии с твёрдым веществом, а на кривой II (между тройной и критической точкой К. ) - с жидкой фазой. Газ в этих состояниях обычно называют паром вещества.При температурах ниже газ можно сконденсировать - перевести его в другое агрегатное состояние (твёрдое или жидкое). При этом фазовое превращение газа в жидкость или твёрдое тело происходит скачкообразно: весьма малое изменение давления приводит к конечному изменению ряда свойств вещества (например, плотности, теплоёмкости и др.). Процессы конденсации газа имеют важное техническое значение.При граница газообразной области условна, поскольку при этих температурах фазовые превращения не происходят. В ряде случаев за условную границу между газом и жидкостью при сверхкритических температурах и давлениях принимают критическую изохору вещества, в непосредственной близости от которой свойства вещества изменяются, хотя и не скачком, но особенно быстро.3. Сжижение газов - переход вещества из газообразного состояния в жидкое. Оно достигается охлаждением их ниже критической температуры ( ) и последующей конденсацией в результате отвода теплоты парообразования.Охлаждение газа ниже необходимо для достижения области температур, при которых газ может сконденсироваться в жидкость (при жидкость существовать не может). Впервые сжиженный газ (аммиак) был получен в 1792 году голландским физиком Мартином ван Марумом.Изобара 1 — 2 соответствует охлаждению газа до начала конденсации; изотерма 2 — 0 — конденсации газа. Площадь ниже 1—2—0 эквивалентна количеству теплоты, которое необходимо отвести от газа при его сжижении, а площадь внутри контура 1—2—0—3 (1—3 — изотермическое сжатие газа, 3—0 — адиабатическое его расширение) характеризует термодинамически минимальную работу  , необходимую для сжижения газа.Промышленное сжижение газа с критической температурой выше температуры окружающей среды (например, аммиак, хлор) осуществляется с помощью компрессора, где газ сжимается, и последующей конденсацией газа в теплообменниках, охлаждаемых водой или холодильным рассолом. Сжижения газа с , которая значительно ниже температуры окружающей среды, производится методами глубокого охлаждения. Наиболее часто для сжижения газа с низким применяются холодильные циклы, основанные на дросселировании сжатого газа (использование эффекта Джоуля — Томсона), на расширении сжатого газа с производством внешней работы в детандере, на расширении газа из постоянного объёма без совершения внешней работы (метод теплового насоса). В лабораторной практике иногда используется каскадный метод охлаждения.4. Классический каскадный цикл на трех чистых хладоагентах - пропане, этилене и метане В классическом каскадном цикле охлаждение ПГ и его ожижение осуществляется с помощью нескольких чистых газов - хладагентов, таких как пропан, этан (этилен) и метан. Каждый хладагент циркулирует в своем холодильном цикле, охлаждая при этом ПГ и более низкокипящие хладагенты. Энергопотребление в таких циклах может достигать значения 0,33-0,35 кВт ч/кг СПГ (указанное значение энергозатрат не учитывает работу сжатия ПГ, поступающего на ожижение). Следует отметить, что технологическая схема установки, использующей каскадный цикл, достаточно сложная, включает несколько контуров (для каждого хладагента), каждый со своим компрессорным оборудованием. Кроме того, для установки с каскадным циклом необходимо сложное и дорогостоящее теплообменное оборудование. Поэтому такие схемы используются для крупных установок, где очень важно минимизировать энергопотребление. По данному циклу работают установки ожижения в г. Арзеве (Алжир) производительностью 120 т СПГ в час и в Кенае (Аляска) производительностью 80 т СПГ в час. Из рисунка видно, что в верхнем пропановом каскаде имеются три ступени дросселирования хладагента, обеспечивающие выработку холода на трех температурных уровнях в интервале +(10… 15)…—37 °С. Холод пропанового контура используется для охлаждения этана контура К-2. Этан обеспечивающий возможность выработки холода в температурном интервале —(35..100) °С. Кипение холодильного агента в контуре К-2 реализуется на трех-четырех температурных уровнях. Холод этиленового контура используется для охлаждения и сжижения компонентов природного газа и охлаждения метана контура К-3. В контуре К-3, как правило, используется как хладагент природный газ после отделения тяжелых углеводородов в газофракционирующем блоке установки сжижения. Этот газ состоит в основном из метана с небольшой примесью этана и азота. Холодильный агент контура К-3 обеспечивает выработку холода на трех температурных уровнях —(100… 160) °С и используется для полного сжижения и охлаждения СПГвысокого давления до температуры —(150 .160) °С. СПГ с указанной температурой и давлением около 5 МПа выводится из последнего теплообменника, дросселируется до давления, близкого к атмосферному, и направляется в хранилище. Автоматика таких хранилищ может включать в себя частотомеры Ф 5043. Пары низконапорного газа, образующиеся при дросселировании СПГ, отводятся и используются в качестве топлива в энергетических установках завода сжижения. Характерной особенностью циклов, использованных на заводах сжижения в г. Арзеве (Алжир) и г. Кенае (Аляска), является то, что пары холодильного агента направляются на всасывание компрессора без рекуперации холода, т. е. с низкой температурой, соответствующей условиям кипения в теплообменниках. Это потребовало разработки специальных компрессоров для сжатия холодильного агента. Следует отметить сложность конструктивного исполнения блока компрессоров холодильных контуров, отличие компрессоров друг от друга по мощности и хладагенту, а также наличие у каждого компрессора двух-трех промежуточных ступеней. 5. Цикл СХА Испарение жидкого хладагента происходит в межтрубиом пространстве испарителя-конденсатора, а в трубном пространстве этого аппарата охлаждается и конденсируется (сжижается) природный газ, т. е. СПГ образуется в одну ступень непрерывно по длине теплообменных труб. Поэтому состав хладагента должен быть таким, чтобы кривая испарения жидкого хладагента как можно больше совпадала с кривой конденсации природного газа. Холодильный агент после сжатия в компрессоре до некоторого оптимального давления (около 4 МПа), определяемого составом холодильного агента и температурой воды, охлаждается и частично конденсируется в водяных холодильниках. Образовавшаяся газожидкостная смесь подается в сепаратор, из которого жидкая фаза, состоящая в основном из бутана, пропана, этана и азота, направляется для выработки холода, обеспечивающего охлаждение и частичную конденсацию паровой части холодильного агента (из сепаратора ступени I) и природного газа. Образовавшаяся в трубках теплообменника двухфазная смесь холодильного агента направляется в сепаратор ступени II для последующего разделения на паровую и жидкую фазы. Жидкость из сепаратора второй ступени, состоящая в основном из этана, метана и азота, используется для выработки холода на более низком холодильном уровне с целью конденсации паровой части холодильного агента (из сепаратора ступени II) и сжижения природного газа. Паровая фаза холодильного агента из сепаратора ступени II представляет собой азотометановую смесь, которая после конденсации и охлаждения используется для выработки холода на температурном уровне — (120… 130)…—170 °С (ступень III). Разделение холодильного агента в сепараторах ступеней I и II производится при рабочем давлении (около 4 МПа), а кипение холодильного агента в межтрубном пространстве теплообменника осуществляется при низком давлении (около 0,3 МПа). Количество ступеней разделения холодильного агента определяется рядом причин, важнейшей из которых является степень совершенства термодинамического цикла. Для природного газа с относительно небольшим содержанием тяжелых углеводородов при хорошем подборе состава холодильного агента представляется возможным ограничиться даже одной или двумя ступенями разделения холодильного агента. На схеме цикла видно, что теплота испарения холодильного агента низкого давления используется как для конденсации паровой части холодильного агента высокого давления, так и для сжижения природного газа. При такой схеме исключаются затраты на доставку и хранение хладагентов, так как они получаются здесь же прямо из природного газа. Преимущества технологии, основанной на использовании однопоточных холодильных циклов, оказались столь значительными, что все последующие заводы сжижения природного газа были реализованы на различных модификациях этого цикла. |