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1. 天然ガス液化プロセスの分類
現在、天然ガスの液化プロセスの種類は、その機能や冷凍方法によって大きく分けられています。
(1)その機能に応じて、基本負荷液状化ユニットとピークシェービング液化ユニットに分けることができます。小規模LNGユニットは、ピークシェービング液化ユニットに属します。
(2)冷凍方法によれば、(1)カスケード液化工程に分けることができる。(2)閉鎖、開放、プロパン予冷、CIIなどを含む混合冷媒液化プロセス;(3)天然ガス膨張、窒素膨張、窒素メタン膨張などを含むエキスパンダーによる液化プロセス
しかし、上記の分割は限定的ではなく、通常、上述した各種液状化工程の特定の部分の異なる組み合わせを含む複合工程が採用され、各方法には複数の種類が含まれる。
2. 天然ガス液化プラントの種類と組成
天然ガス液化装置の種類は、主にベースロード液化装置、ピークシェービング液化装置、浮体式LNG生産貯蔵・荷降ろし装置、LNG受入基地などがあり、その定義は以下の通りである。
(1)基礎負荷液化プラント:現地使用または外部輸送のために生産された大規模な液化プラントを指す。
(2)ピークシェービング液化装置:ピークシェービング負荷または冬季燃料供給を補うための天然ガス液化装置を指し、通常、低ピーク負荷時に余分な天然ガスを液化および貯蔵し、ピークまたは緊急事態で使用するために再気化する。
(3)浮体式LNG生産・貯蔵・荷揚げ装置:限界ガス田・沖合ガス田における新型天然ガス液化装置です。低投資、短い建設期間、簡単な解体の利点で好まれています。
(4)LNG受入基地:基本負荷天然ガス液化装置からLNG船により輸送されたLNGを受け取る装置をいい、一般にLNGタンクトップボイルオフガスBOG(Boil Off Gas)の液化回収システムを備えている。
天然ガス液化プラントは、一般に、天然ガス前処理プロセス、液化プロセス、貯蔵システム、制御システムおよび防火システムで構成され、その中で液化プロセスは天然ガス液化プラントの中核部分である。大規模LNGプラントは、一般に、数組の天然ガス液化プラントを含み、各セットの液化プラントは、複数の生産ラインを有することができる。異なる液化ユニットの生産目的が異なるため、当然のことながら、それらの特定の組成に大きな違いがあります。
3. LNG冷凍方法
いわゆる冷凍は、低温(周囲温度以下)技術を作成するための人工的な方法の使用を指す。冷凍方法は、主に以下の3つが挙げられる。
(1)材料の相転移(溶融、蒸発、昇華など)の吸熱効果を利用して冷蔵を実現します。いわゆる蒸気冷凍とは、冷凍を達成するために液体蒸発を使用することを指す。蒸気冷凍は、蒸気圧縮(機械的圧縮)、蒸気注入および吸収の3つのタイプに分けることができる。現在、蒸気圧縮冷凍が主に使用されています。
(2)ガス膨張による冷却効果を利用して冷凍を実現する。ガス膨張冷凍は現在、タービン膨張冷凍を広く使用しており、スロットルバルブ冷凍およびヒートセパレータ冷凍も使用しています。
(3)半導体の熱電効果を利用して冷蔵を実現する。
天然ガス液化プロセスでは、液体蒸発およびガス膨張が冷凍を達成するために広く使用されている。スロットル冷凍は、使用するのに十分な圧力エネルギーを持たなければならず、効率は低い。一般に、原料ガスの圧力が高く、必要な液化量が少ない状況で使用されます。
4. 一般的な天然ガス液化プロセス
異なる液化プロセスは、異なる冷凍方法を有する。天然ガス液化工程において、一般的な天然ガス液化工程は、主にカスケード液化工程、混合冷媒液化工程、エキスパンダによる液化工程を含み、それらの冷凍方法は以下の通りである。
(1)カスケード液化プロセス
これは、異なる温度で動作するいくつかの重なり合う冷凍サイクルで構成され、高温、中、低温の部品はそれぞれ高温、中、低温の冷媒を使用します。高温部の冷媒の蒸発は、低温部の冷媒を凝縮するために使用され、低温部の冷媒は冷却能力を出力するために再蒸発され、これらの部分はいくつかの蒸発凝縮器によって接続される。蒸発凝縮器は、天然ガス用の高温部の蒸発器と低温部の凝縮器の両方です。
液化には、プロパン、エチレン、メタンを冷媒とする3段のカスケード冷凍サイクルがほとんどです。
(2)混合冷媒液化工程
このプロセスは、1960年代後半のカスケード冷凍プロセスから進化しました。炭化水素混合物(N2、C1、C2、C3、C4、C5)は、カスケード冷凍プロセスにおいて複数の純粋な成分を置き換えるための冷媒として主に使用され、組成は供給ガスの組成および圧力に従って決定される。最初に凝縮する多成分混合物と後で凝縮する軽成分の重成分の特性を利用して、異なる温度レベルの冷却能力は、連続的に凝縮、分離、絞り、蒸発することによって得ることができ、混合冷媒が生天然ガスと混合されるかどうかに応じて、混合冷凍プロセスには2種類あります。 閉じて開く。
(3)エキスパンダーによる液状化プロセス
膨張冷凍サイクルは、主にリバースブレイトンサイクルを採用しています。このサイクルでは、作動流体は圧縮機によって等エントロピー的に圧縮され、冷却器によって冷却された後、ターボエキスパンダで等エントロピー的に断熱的に膨張し、低温空気流を得るために外部作業を行い、冷熱を生成する。天然ガス液化の過程で、膨張冷凍は主に次の4つの形態を採用します:天然ガス直接膨張冷凍、窒素膨張冷凍、窒素 - メタン混合膨張冷凍など。
5. エキスパンダーによる液化プロセスの冷凍原理と特性
エキスパンダサイクルとは、高圧冷媒を用いて天然ガスの液化を実現するプロセスと、ターボエキスパンダの断熱膨張によるクロードサイクル冷凍のことです。主要な機器はターボエキスパンダーで、高い等エントロピー効率と回収可能な膨張作業の利点があります。したがって、このプロセスは、液化能力の小さいピークシェービングLNGプラントによってますます好まれており、一般に7×104〜70×104m3/dの液化能力を有する装置に使用される。
エキスパンダによる液化プロセス冷凍の基本原理は、コンプレッサを駆動するために使用できる作業を出力しながら、ガスがエキスパンダ内で膨張および冷却されることです。装置に入る原料ガスと装置から出る商業ガスとの間に「自然な」圧力差がある場合、液化プロセスは「外界からの」エネルギーで補う必要はないが、エキスパンダーを通して冷却を達成するために「自然な」圧力差に依存する。異なる冷媒によれば、窒素膨張液化プロセス、窒素メタン混合膨張液化プロセスおよび天然ガス直接膨張液化プロセスに分けることができる。
(1)天然ガス直接膨張液化プロセス
このプロセスとは、ガス田からの高圧天然ガスを直接利用し、それをエキスパンダで送電管の圧力まで断熱的に膨張させることで、天然ガスの液化プロセスを実現するプロセスを指します。パイプラインの圧力が高く、実際の動作圧力が低く、圧力を途中で下げる必要がある場合に特に適しています。エキスパンダに入る天然ガスはCO2を除去する必要はなく、原料ガスの液化部分からCO2を除去するだけでよいため、前処理ガス量が大幅に削減されます。装置が通常運転中である場合、貯蔵タンクから蒸発した天然ガスは、リターンガス圧縮機によって圧縮され、次いで液化のためにシステムに戻される。このプロセスは、冷媒の特別な生産、輸送および貯蔵のコストを節約することができる。シンプルなプロセス、コンパクトな機器、小さな投資、柔軟な調整、信頼性の高い操作の利点があります。しかし、この液化工程は、窒素膨張液化工程のように低温、大きな循環ガス量、低い液化率を得ることができず、膨張体の作動性能は原料ガスの圧力や組成に大きく影響され、システムの安全性要求は比較的高い。高い。
(2)窒素膨張液化プロセス
これは、直接膨張液化プロセスの変形であり、窒素冷凍サイクルは天然ガス液化回路から分離され、塩素冷凍サイクルは天然ガスの低温容量を提供する。その利点は、生ガス成分の変化、強力な液化能力、システム全体のシンプルで便利な操作に対する適応性が高いことです。残留剤循環は約40%高い。
(3)窒素-メタン混合膨張液化プロセス
これは、窒素膨張液化プロセスの改良であり、低温端での熱交換温度差を低減することができる。混合冷媒サイクルと比較して、それは単純なプロセス、容易な制御、短い始動時間、および純粋な窒素膨張冷凍と比較して消費電力の10%〜20%を節約するという利点を有する。
6.ターボエキスパンダーの動作原理
ターボエキスパンダーは、高速回転熱機械です。エネルギー変換と節約の法則によれば、ターボエキスパンダの断熱膨張中にガスが外部作業を行うと、そのエネルギーが減少し、同時に一定のエンタルピー降下が発生し、それによってガス自体の温度が低下し、ガスの液化のための条件が作り出される。
ターボエキスパンダは、実際には遠心圧縮機の逆作用です。遠心圧縮機は、電力を消費するガスの圧力を増加させるために電気モータによって駆動される。ターボエキスパンダは、高圧ガスの膨張によって発生する高速気流を利用してターボエキスパンダの作動インペラに衝突し、インペラが高速回転するようにする。高速回転インペラは、一定量の電力を生成し、外部作業を行うことができます。同時に、膨張ガスの温度および圧力の両方が低下する。言い換えれば、ターボエキスパンダは媒体の速度変化を利用してエネルギーを変換し、液化装置に冷却能力を提供するだけでなく、膨張によって生成された仕事も圧縮機や発電機などの機器を駆動するために使用でき、LNGの単位を減らすことができます。体積エネルギー消費。
