Processus de production de GNL

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1. Classification du procédé de liquéfaction du gaz naturel

À l'heure actuelle, les types de procédés de liquéfaction du gaz naturel sont principalement divisés en fonction de leurs fonctions et de leurs méthodes de réfrigération.

(1) Selon leurs fonctions, ils peuvent être divisés en unités de liquéfaction à charge de base et unités de liquéfaction à écrêtement des pointes. Les petites unités de GNL appartiennent aux unités de liquéfaction à écrêtement des pointes.

(2) Selon la méthode de réfrigération, il peut être divisé en : ① processus de liquéfaction en cascade ; ② processus de liquéfaction de réfrigérant mixte, y compris fermé, ouvert, prérefroidissement au propane, CII, etc. ; ③ processus de liquéfaction avec détendeur, y compris l'expansion du gaz naturel, l'expansion de l'azote, l'expansion de l'azote-méthane, etc.

Cependant, la division ci-dessus n'est pas stricte et un processus composite est généralement adopté qui comprend différentes combinaisons de certaines parties des divers processus de liquéfaction décrits ci-dessus, et chaque méthode contient plusieurs types.

2. Types et composition des usines de liquéfaction de gaz naturel

Les types d'unités de liquéfaction de gaz naturel comprennent principalement les unités de liquéfaction de base, les unités de liquéfaction à écrêtage de pointe, les unités flottantes de stockage et de déchargement de production de GNL et les terminaux de réception de GNL, et leurs définitions sont les suivantes.

(1) Usine de liquéfaction de base : désigne l'usine de liquéfaction à grande échelle réalisée pour un usage local ou un transport externe.

(2) Dispositif de liquéfaction d'écrêtage de pointe : désigne un dispositif de liquéfaction de gaz naturel pour la charge d'écrêtage de pointe ou pour compléter l'approvisionnement en carburant d'hiver, généralement liquéfiant et stockant l'excès de gaz naturel pendant la charge de pointe faible et revaporisant pour une utilisation en pointe ou en cas d'urgence situations.

(3) Dispositif flottant de production, de stockage et de déchargement de GNL : il s'agit d'un nouveau type de dispositif de liquéfaction du gaz naturel dans les gisements de gaz marginaux et les gisements de gaz offshore. Il est préféré pour ses avantages de faible investissement, de courte période de construction et de démolition facile.

(4) Terminal de réception méthanier : désigne l'appareil qui reçoit le GNL transporté par les méthaniers en provenance de l'appareil de liquéfaction de gaz naturel en charge de base, généralement équipé d'un système de récupération de liquéfaction du gaz d'évaporation en tête de réservoir de GNL BOG (Boil Off Gas).

L'usine de liquéfaction de gaz naturel est généralement composée d'un processus de prétraitement du gaz naturel, d'un processus de liquéfaction, d'un système de stockage, d'un système de contrôle et d'un système de protection contre les incendies, parmi lesquels le processus de liquéfaction est la partie centrale de l'usine de liquéfaction de gaz naturel. Les usines de GNL à grande échelle comprennent généralement plusieurs ensembles d'usines de liquéfaction de gaz naturel, et chaque ensemble d'usines de liquéfaction peut avoir plusieurs lignes de production. En raison des différents objectifs de production des différentes unités de liquéfaction, il existe naturellement de grandes différences dans leurs compositions spécifiques.

3. Méthode de réfrigération du GNL

La soi-disant réfrigération fait référence à l'utilisation de méthodes artificielles pour créer une technologie à basse température (inférieure à la température ambiante). Les méthodes de réfrigération comprennent principalement les trois suivantes.

(1) Utiliser l'effet endothermique des transitions de phase matérielles (telles que la fusion, l'évaporation, la sublimation) pour obtenir la réfrigération. La réfrigération dite à la vapeur fait référence à l'utilisation de l'évaporation liquide pour réaliser la réfrigération. La réfrigération de vapeur peut être divisée en trois types : la compression de vapeur (compression mécanique), l'injection de vapeur et l'absorption. À l'heure actuelle, la réfrigération à compression de vapeur est principalement utilisée.

(2) Utilisez l'effet de refroidissement de l'expansion du gaz pour obtenir la réfrigération. La réfrigération à expansion de gaz utilise actuellement largement la réfrigération à expansion de turbine, et utilise également la réfrigération à papillon des gaz et la réfrigération à séparateur de chaleur.

(3) Utiliser l'effet thermoélectrique des semi-conducteurs pour réaliser la réfrigération.

Dans le processus de liquéfaction du gaz naturel, l'évaporation du liquide et l'expansion du gaz sont largement utilisées pour réaliser la réfrigération. La réfrigération à étranglement doit avoir une énergie de pression suffisamment élevée pour être utilisée, et l'efficacité est faible. Il est généralement utilisé dans des situations où la pression du gaz brut est élevée et la quantité de liquéfaction requise est faible.

4. Procédé commun de liquéfaction du gaz naturel

Différents processus de liquéfaction ont différentes méthodes de réfrigération. Dans le processus de liquéfaction du gaz naturel, le processus de liquéfaction du gaz naturel commun comprend principalement le processus de liquéfaction en cascade, le processus de liquéfaction de réfrigérant mixte et le processus de liquéfaction avec détendeur, et leurs méthodes de réfrigération sont les suivantes.

(1) Procédé de liquéfaction en cascade

Il se compose de plusieurs cycles de réfrigération superposés fonctionnant à différentes températures, dans lesquels les parties à haute, moyenne et basse température utilisent respectivement des réfrigérants à haute, moyenne et basse température. L'évaporation du réfrigérant dans la partie haute température est utilisée pour condenser le réfrigérant dans la partie basse température, et le réfrigérant dans la partie basse température est ré-évaporé pour produire la capacité de refroidissement, et ces parties sont reliées par plusieurs condenseurs évaporatifs. Le condenseur évaporatif est à la fois l'évaporateur de la partie haute température et le condenseur de la partie basse température. pour le gaz naturel

Pour la liquéfaction, un cycle de réfrigération en cascade à trois étages avec du propane, de l'éthylène et du méthane comme réfrigérants est principalement utilisé.

(2) Procédé de liquéfaction de réfrigérant mixte

Le processus a évolué à partir du processus de réfrigération en cascade à la fin des années 1960. Les mélanges d'hydrocarbures (N2, C1, C2, C3, C4, C5) sont principalement utilisés comme réfrigérants pour remplacer plusieurs composants purs dans le processus de réfrigération en cascade, et la composition est déterminée en fonction de la composition et de la pression du gaz d'alimentation. Tirant parti des caractéristiques des composants lourds dans le mélange multi-composants qui se condensent en premier et des composants légers qui se condensent ensuite, la capacité de refroidissement de différents niveaux de température peut être obtenue en condensant, séparant, étranglant et évaporant séquentiellement, et selon que le mélange le réfrigérant est mélangé au gaz naturel brut. Il existe deux types de processus de réfrigération mixte : fermé et ouvert.

(3) Processus de liquéfaction avec détendeur

Le cycle de réfrigération à expansion adopte principalement le cycle Reverse-Brayton. Dans ce cycle, le fluide de travail est comprimé isentropiquement par le compresseur, refroidi par le refroidisseur, puis détendu isentropiquement adiabatiquement dans le turbodétendeur et effectue un travail externe pour obtenir un flux d'air à basse température pour produire de l'énergie froide. Dans le processus de liquéfaction du gaz naturel, la réfrigération à détente adopte principalement les quatre formes suivantes : réfrigération à détente directe au gaz naturel, réfrigération à détente à l'azote, réfrigération à détente mixte azote-méthane, etc.

5. Principe de réfrigération et caractéristiques du procédé de liquéfaction avec détendeur

Le cycle d'expansion fait référence au processus de réalisation de la liquéfaction du gaz naturel en utilisant un réfrigérant à haute pression et une réfrigération à cycle Claude par l'expansion adiabatique d'un turbo-détendeur. L'équipement clé est le turbodétendeur, qui présente les avantages d'un rendement isentropique élevé et d'un travail d'expansion récupérable. Par conséquent, ce procédé est de plus en plus privilégié par les usines de GNL à faible capacité de liquéfaction, et est généralement utilisé pour les appareils ayant une capacité de liquéfaction de 7×104-70×104m3/j.

Le principe de base de la réfrigération du processus de liquéfaction avec un détendeur est le suivant : le gaz se dilate et se refroidit dans le détendeur tout en produisant du travail, qui peut être utilisé pour entraîner le compresseur ; lorsqu'il y a une différence de pression "naturelle" entre le gaz brut entrant dans l'appareil et le gaz commercial sortant de l'appareil, la liquéfaction Le procédé n'aura pas besoin d'être complété par de l'énergie "du monde extérieur", mais s'appuiera sur "naturel" différentiels de pression pour obtenir un refroidissement à travers le détendeur. Selon différents réfrigérants, il peut être divisé en processus de liquéfaction à expansion d'azote, processus de liquéfaction à expansion mixte azote-méthane et processus de liquéfaction à expansion directe de gaz naturel.

(1) Procédé de liquéfaction à détente directe du gaz naturel

Ce processus fait référence au processus d'utilisation directe du gaz naturel à haute pression du champ gazier et de son expansion adiabatique dans le détendeur à la pression du pipeline de transport, réalisant ainsi le processus de liquéfaction du gaz naturel. Il est particulièrement adapté aux occasions où la pression du pipeline est élevée, la pression de fonctionnement réelle est faible et la pression doit être réduite au milieu. Étant donné que le gaz naturel entrant dans le détendeur n'a pas besoin d'éliminer le CO2, mais seulement d'éliminer le CO2 de la partie liquéfiée du gaz brut, le volume de gaz de prétraitement est considérablement réduit. Lorsque l'appareil est en fonctionnement normal, le gaz naturel évaporé du réservoir de stockage est comprimé par le compresseur de gaz de retour puis renvoyé au système pour liquéfaction. Ce processus peut économiser le coût de la production spéciale, du transport et du stockage du réfrigérant ; il présente les avantages d'un processus simple, d'un équipement compact, d'un faible investissement, d'un réglage flexible et d'un fonctionnement fiable. Cependant, ce processus de liquéfaction ne peut pas obtenir la basse température, le grand volume de gaz en circulation et le faible taux de liquéfaction comme le processus de liquéfaction par expansion d'azote, et les performances de fonctionnement de l'expanseur sont grandement affectées par la pression et la composition du gaz de matière première, et la sécurité les exigences du système sont relativement élevées. haute.

(2) Processus de liquéfaction par expansion de l'azote

C'est une variante du procédé de liquéfaction à détente directe, le cycle de réfrigération à l'azote est séparé du circuit de liquéfaction du gaz naturel, et le cycle de réfrigération au chlore fournit une capacité de froid pour le gaz naturel. Ses avantages sont qu'il a une plus grande adaptabilité au changement des composants du gaz brut, une forte capacité de liquéfaction, un fonctionnement simple et pratique de l'ensemble du système ; La circulation de l'agent persistant est environ 40 % plus élevée.

(3) Procédé de liquéfaction à détente mixte azote-méthane

Il s'agit d'une amélioration du processus de liquéfaction par expansion de l'azote, qui peut réduire la différence de température d'échange de chaleur à l'extrémité froide. Comparé au cycle de réfrigérant mixte, il présente les avantages d'un processus simple, d'un contrôle facile, d'un temps de démarrage court et d'une économie de 10 à 20 % de la consommation d'énergie par rapport à la réfrigération à expansion d'azote pur.

6. Le principe de fonctionnement du turbodétendeur

Un turbodétendeur est une machine thermique tournante à grande vitesse. Selon la loi de conversion et de conservation de l'énergie, lorsque le gaz effectue un travail externe lors de la détente adiabatique dans le turbodétendeur, son énergie sera réduite et une certaine chute d'enthalpie sera générée en même temps, réduisant ainsi la température du gaz lui-même et créer des conditions pour la liquéfaction du gaz.

Un turbodétendeur est en fait l'action inverse d'un compresseur centrifuge. Le compresseur centrifuge est entraîné par un moteur électrique pour augmenter la pression du gaz, ce qui consomme de l'énergie. Le turbodétendeur utilise le flux d'air à grande vitesse généré par l'expansion du gaz à haute pression pour impacter la roue de travail du turbodétendeur, de sorte que la roue tourne à grande vitesse. La roue rotative à grande vitesse peut générer une certaine quantité de puissance, puis effectuer un travail externe. Dans le même temps, la température et la pression du gaz détendu chutent. En d'autres termes, le turbodétendeur utilise le changement de vitesse du milieu pour convertir l'énergie, qui peut non seulement fournir une capacité de refroidissement pour le dispositif de liquéfaction, mais aussi le travail généré par l'expansion peut être utilisé pour entraîner des équipements tels que des compresseurs ou des générateurs, réduisant ainsi l'unité de GNL. consommation d'énergie volumétrique.