От скважины до электростанции: роль установок по очистке и сжижению природного газа (СПГ)

Очистка природного газа в системах на рамных основаниях для подготовки к сжижению

Удаление воды, CO2 и H2S для соответствия спецификациям сырьевого газа СПГ Газовые генераторные установки

Системы очистки газа, смонтированные на рамах, удаляют воду, двуокись углерода (CO2) и сероводород (H2S) из природного газа перед его сжижением. Наличие H2S особенно проблематично, поскольку он разъедает трубопроводы и создает серьезные проблемы с безопасностью. Водяной пар также вызывает озабоченность, так как может привести к образованию льда при снижении температур в процессе охлаждения. Большинство модульных систем используют такие методы, как абсорбция аминами и мембранная сепарация, чтобы снизить содержание примесей до менее чем 50 частей на миллион для CO2 и ниже 4 частей на миллион для H2S, что соответствует требованиям стандарта ISO 13686. Недавнее исследование модульных подходов к переработке газа в 2023 году показало, что такие блочно-модульные установки сокращают расходы на предварительную обработку примерно на 15–20 процентов по сравнению с традиционными стационарными установками.

Односернистый газ с использованием химических и физических растворителей в модульных установках

Некоторые химические растворители, включая метилдиэтаноламин, commonly known as MDEA, очень эффективно удаляют сероводород и диоксид углерода при работе под давлением свыше пятидесяти бар. Эти растворители отлично подходят для ситуаций, когда необходимо удалить примеси из газов с относительно низким содержанием CO2. Однако при работе с исходными газами, содержащими высокие концентрации CO2, применяются физические растворители, такие как Selexol. Они способны обрабатывать значительно большие объёмы и требуют меньше энергии в процессе регенерации. В последнее время в отрасли наблюдается переход к модульным системам. Такие установки включают полный цикл регенерации растворителя в компактных блоках. Такой подход позволяет сократить занимаемое пространство примерно на сорок процентов по сравнению с традиционными методами. Кроме того, это делает возможной установку оборудования даже в труднодоступных местах без необходимости крупных первоначальных инвестиций в инфраструктуру.

Методы осушки: абсорбция гликолем и адсорбция в системах на рамных блоках

Осушка гликоля с использованием триэтиленгликоля (TEG) снижает содержание воды до <0,1 фунта/млн куб. футов, предотвращая образование гидратов при охлаждении. Для требований к сверхсухому газу (<0,01 млн⁻¹ H₂O) используются передвижные адсорберы с молекулярными ситами на основе 3—4 цеолитов в установках с изменением давления. Эти компактные установки обеспечивают точку росы ниже -100 °F, что критически важно для стабильной работы процесса сжижения СПГ.

Допустимые уровни примесей и соответствие международным стандартам СПГ

Природный газ на входе в установку сжижения должен соответствовать строгим ограничениям по содержанию примесей для обеспечения безопасности процесса и долговечности оборудования:

Модульные установки очистки соответствуют этим нормативам благодаря интегрированным системам управления и автоматическому контролю, обеспечивая стабильное соответствие требованиям при изменяющихся параметрах исходного газа.

Измерение в реальном времени состава природного газа перед сжижением

Инлайновые лазерные спектрометры и газовые хроматографы анализируют состав каждые 30–60 секунд, обеспечивая непрерывную проверку того, что содержание CO2, H2S и влаги остаётся в пределах допустимых пороговых значений. Эта обратная связь в режиме реального времени предотвращает производство СПГ с отклонениями и позволяет немедленно корректировать параметры очистки, оптимизируя работу на последующих этапах, включая выработку электроэнергии.

Технологии сжижения СПГ в компактных передвижных установках

Холодильные циклы: смешанный хладагент и варианты с предварительным охлаждением в модульных установках

Современные блочно-модульные системы СПГ эффективно используют циклы смешанного хладагента (MR) для достижения сверхнизких температур около минус 162 градусов по Цельсию. Ключевым моментом здесь является смешивание различных углеводородов с некоторыми инертными газами. Такая смесь позволяет сократить энергопотребление на 15–20 процентов по сравнению с использованием только одного типа хладагента. В небольших установках, перерабатывающих менее 100 тонн в день, предварительно охлаждаемые MR-системы могут достигать впечатляющего уровня энергоэффективности — около 0,28 киловатт-часа на килограмм произведенного СПГ. Исследование 2021 года показало, насколько лучше работают такие процессы при правильной оптимизации под реальные условия эксплуатации.

Криогенное охлаждение и холодильные каскады для эффективного производства СПГ

Ключевые инновации в модульных холодильных каскадах повышают эффективность и надежность:

Эти компоненты позволяют установкам в контейнерном исполнении сжижать от 60 до 800 метрических тонн в день (TPD) с соблюдением стандартов безопасности API 625

Особенности проектирования блочно-модульных установок сжижения СПГ

Четыре ключевых фактора определяют конструкцию компактных установок СПГ в контейнерном исполнении:

• Контроль вибрации : Винтовые пружины гасят колебания компрессора с амплитудой менее 5 мкм
• Устойчивость к температуре окружающей среды : Поддержание охлаждения до -160 °C при внешней температуре до 50 °C
• Быстрая реализация : Предварительно собранные блоки сокращают монтаж на месте до менее чем 14 дней
• Масштабируемость : Параллельные модули позволяют расширять мощность без перепроектирования системы

Интеграция датчиков состава в реальном времени обеспечивает стабильную работу, несмотря на колебания качества исходного газа, особенно при поддержании содержания CO ниже 50 ppm.

Комплексная модульная обработка: объединение очистки и сжижения на одной установке

Современные установки СПГ на базе блочно-модульных решений интегрируют процессы очистки и сжижения в единые модули, упрощая преобразование сырого природного газа в СПГ, соответствующий требованиям магистральных трубопроводов. Эти интегрированные установки обеспечивают экономию пространства на 30–50 % по сравнению с традиционными решениями и соответствуют стандартам ISO 16961 и GPA 2143-16 для сырья СПГ.

Модульная интеграция осушки, удаления кислых газов и контроля точки росы

Передовые блочные системы объединяют осушку гликолями с удалением кислых газов на основе аминов в одном компактном блоке, что снижает сложность трубопроводов на 60 % при развертывании на месторождениях. Типовой интегрированный модуль обеспечивает:

• Содержание воды ≤ 0,1 фунт/млн куб. фут (TEG) с использованием контактных аппаратов на основе триэтиленгликоля
• Снижение содержания H2S до <4 млн⁻¹ с помощью регенеративной аминовой очистки
• Контроль точки росы по углеводородам при -40 °F с использованием расширения Джоуля-Томсона

Промышленные данные из отчета 2024 Modular Gas Processing Report показывают, что эти интегрированные установки снижают энергопотребление на стадии предварительной обработки на 18% за счет оптимизированной тепловой интеграции.

Передовая фильтрация и удаление ртути в многокомпонентных модульных системах

Многоступенчатая фильтрация обеспечивает соответствие конечного СПГ строгим требованиям по чистоте:

Такой многослойный подход снижает концентрацию ртути до уровня ниже 0,005 мкг/Нм³ — на 50 % строже типичных требований к трубопроводам. Компактная конфигурация позволяет разместить до четырёх процессов очистки на раме размером 12 м x 3 м, что делает её идеальной для удалённых объектов генерации энергии.

Применение на выходе: Хранение СПГ, транспортировка и генерация энергии

Модули хранения и погрузки СПГ в мобильных и удалённых установках на базе рам

Модульные системы хранения СПГ основаны на двустенных криогенных резервуарах с вакуумной изоляцией между ними, что позволяет поддерживать крайне низкие температуры — значительно ниже -160 градусов по Цельсию. Такая конструкция помогает контролировать испарение на уровне менее 0,1% в день, что действительно впечатляет. Система оснащена интегрированными погрузочными стрелами и блоками утилизации паров, что делает процесс перекачки СПГ значительно безопаснее при заправке ISO-контейнеров или судов. Согласно последним рыночным исследованиям за конец 2024 года, эти мобильные решения для хранения стали ключевыми для эксплуатации в отдалённых газовых месторождениях, где строительство традиционной инфраструктуры обошлось бы примерно на 34% дороже, чем развертывание этих портативных модулей.

Газовые генераторные установки Работает на очищенном СПГ из модульных передвижных систем

СПГ, очищенный с помощью модульных систем, как правило, содержит менее 50 частей на миллион воды и менее 4 частей на миллион серы, что делает его отличным выбором для газовых электрогенераторов. Когда эти чистые виды топлива используются на парогазовых установках, они могут достигать тепловой эффективности около 58%, что значительно превосходит большинство дизельных генераторов по показателям выбросов на единицу выработанной энергии. В связи с растущими опасениями по поводу стабильности сетей по мере увеличения доли возобновляемых источников энергии, эксперты прогнозируют, что к концу этого десятилетия рынок генерации на СПГ может достичь более чем 255 миллиардов долларов по всему миру, согласно данным BusinessWire за прошлый год.

Интеграция модульных систем СПГ в цепочку добавленной стоимости природного газа

Объединение систем очистки, сжижения и хранения в единую интегрированную установку сокращает сроки разработки проектов среднего объема СПГ — во многих случаях с примерно 36 месяцев до всего 8 месяцев. Операторы полей отмечают снижение эксплуатационных расходов примерно на 19%, поскольку модульные комплексы значительно упрощают техническое обслуживание всех блоков. Анализируя тенденции отрасли, можно отметить реальный переход к решению на базе блок-модулей для превращения труднодоступного газа в прибыль. Цифры довольно ясно говорят сами за себя: более чем в 70% плавучих СПГ-проектов, запущенных после 2022 года, используются модульные решения вместо строительства с нуля. Это логично, учитывая, насколько удалёнными являются многие из этих газовых месторождений.

Пример из практики: внедрение блоков СПГ ведущего поставщика автоматизации на удалённых месторождениях

Установка Arctic LNG 2023 года работала при температуре окружающей среды -45 °C и достигла коэффициента готовности 98,7 % на 15 модульных блоках. Автоматизированное управление сократило потребность в персонале на 60 %, при этом уровень проскальзывания метана оставался ниже 0,25 %, что на 41 % лучше традиционных установок по контролю выбросов — это демонстрирует эксплуатационные преимущества полностью интегрированных передвижных систем СПГ в экстремальных условиях.

Раздел часто задаваемых вопросов

Что такое передвижные (блочно-модульные) системы?

Передвижные (блочно-модульные) системы — это модульные установки, предназначенные для удобства транспортировки и монтажа, зачастую предварительно собранные и требующие минимальной наладки на месте установки.

Какие преимущества дают передвижные (блочно-модульные) системы в процессе производства СПГ?

Такие системы оптимизируют процесс производства СПГ, объединяя несколько функций в одном блоке, что позволяет сократить занимаемое пространство, расходы и сроки монтажа, сохраняя при этом высокую эффективность и соответствие международным стандартам.

Каковы основные компоненты передвижной (блочно-модульной) системы СПГ?

Ключевые компоненты включают модули очистки газа, холодильные установки и интегрированные системы управления для мониторинга и работы в режиме реального времени.

Как эти системы способствуют экологической эффективности?

Системы на рамных основаниях повышают экологическую эффективность за счёт снижения выбросов, потребления энергии и расхода ресурсов, а также за счёт обеспечения производства более чистого топлива для генерации электроэнергии.