Стадия предварительной обработки Сжижение природного газа
Методы удаления кислых газов
Кислые газы, такие как CO₂ (углекислый газ) и H₂S (сероводород), удаляются в первую очередь для предотвращения коррозии трубопроводов и по соображениям безопасности. Аминовые абсорбционные системы составляют 68% мировых установок СПГ (GasTech 2023) и используют растворители, такие как МДЭА, которые могут химически взаимодействовать с кислотными компонентами. Мембранная сепарация и криогенная ректификация являются альтернативами, когда концентрация загрязняющих веществ в газовом потоке ниже. Эти процессы позволяют очистить метан до концентрации метана более 98,5% и, таким образом, минимизировать риск замерзания во время криогенной обработки.
Методы обезвоживания для газа, соответствующего требованиям трубопроводов
Остаточные пары воды дополнительно снижаются до <0,1 млн⁻⁶ с использованием адсорбентов в виде молекулярных сит, таких как шарики из алюмосиликата. Это необходимо для предотвращения образования ледяных кристаллов во время сжижения при температуре -260°F (-162°C), поскольку ледяные кристаллы могут повреддать клапаны и теплообменники. В системах адсорбции с двумя колоннами колонны переключаются между режимами адсорбции и регенерации, обеспечивая непрерывную обработку материала. Сушка гликолем хорошо подходит для первоначального разделения и сушки на входе, но не обеспечивает чрезвычайно низкого уровня влажности, необходимого для спецификаций СПГ.
Протоколы удаления ртути
Ртуть в концентрации <0,01 мкг/м³ связывается с активированным углем, пропитанным серой, чтобы предотвратить охрупчивание алюминиевых теплообменников. Металлосульфидные фильтры одноразового использования применяются в 82 процентах проектов СПГ в Арктике благодаря своей надежности в условиях субнулевых температур в течение одного цикла (CryoGas Journal 2023). Постоянный контроль с использованием спектроскопии атомной флуоресценции для соблюдения стандарта чистоты ISO 14912.
Удаление азота при сжижении СПГ
Криогенный дистилляционный процесс
Криогенный дистилляционный процесс охлаждает природный газ до -200°F для выделения азота путем фракционной конденсации. Поскольку метан остается газообразным при этих температурах, азот сначала сжижается из-за более высокой точки конденсации. Многоступенчатые дистилляционные колонны обеспечивают содержание азота <3% в конечном продукте СПГ, с эффективностью разделения более 98% на современных заводах.
Влияние на теплотворную способность СПГ
Избыточное содержание азота (≥5% объема) снижает теплотворную способность СПГ на 25%. Поддержание концентрации азота ≤1% обеспечивает соответствие стандартам ISO 6976 (1050-1150 BTU/ft³). СПГ с оптимальным содержанием азота демонстрирует на 18% более эффективное горение по сравнению со смесями с высоким содержанием азота, что критично для электростанций, требующих стабильных характеристик топлива.
Основной процесс сжижения природного газа
Циклы пропановой смешанной хладагентной смеси (C3MR)
Цикл C3MR (пропаново-смешанный хладагент) является наиболее передовой установкой СПГ, которая может достичь повышения энергоэффективности на 20-30% по сравнению с одиночной системой хладагента за счет предварительного охлаждения пропаном вместе со смешанными хладагентами, состоящими из азота, метана и углеводородов. Каскадное охлаждение. Хотя это и не является крупным инновационным решением, TC могло достичь Ranger saps путем охлаждения исходного газа до -40°F с помощью пропана, чтобы метан можно было сжижать до -260°F с использованием смешанных хладагентов. Проведенное в 2024 году исследование с помощью моделирования, Bassioni и др. подтвердили, что оптимизированные схемы C3MR могут снизить потребление энергии до 850 кВт·ч/т СПГ.
Оптимизация температуры при -260°F
-260°F (-162°C) достигается путем тщательного определения нагрузки на охлаждение, подобранной с учетом современных теплообменников. На современных заводах уже используются трехступенчатые циклы сжатия в сочетании с алюминиевыми паяными пластинчатыми теплообменниками (BPHE), чтобы снизить колебания температуры до менее чем ±2°F. В 2018 году бенчмарк алгоритма поиска вихря зафиксировал повышение эффективности на 12% за счет оптимизации хладагента в режиме реального времени. Образование газа кипения (BOG) контролируется двумя системами управления, которые поддерживают давление в резервуаре ниже 25 кПа.
Требования к инфраструктуре хранения СПГ
Инженерия резервуаров двойного контура
Существующее хранение СПГ основывается на двойных резервуарах, построенных с внутренним и внешним контейнерами, а пространство между ними заполнено теплоизоляционными материалами. Внутренний резервуар изготовлен из никелевой стали с содержанием 9% никеля с эквивалентной углеродной твёрдостью менее 237 — обеспечивая охлаждение до температуры -163°C, в то время как внешняя оболочка служит защитой давления, чтобы вместить жидкость в случае отклонения от стабильного состояния. Современные технологии теплоизоляционных материалов ограничили теплоприток до ≤0,08 Вт/м²·К, что приводит к минимальному или нулевому образованию испарившегося газа (BOG).
Системы повторного сжижения испарившегося газа
Системы управления испарением газа (BOG) восстанавливают 98% испарившегося газа, используя каскадные рефрижераторные циклы в паре с криогенными компрессорами. Стандартные конфигурации уменьшают объемы BOG с 0,15% до ≤0,03% ежедневно посредством многоступенчатой сжижки. Продвинутые установки используют замкнутые азотные турбодетандеры для охлаждения BOG от 45°F до -260°F, достигая 92% энергоэффективности по сравнению с традиционными клапанами Джоуля-Томпсона.
Контроль качества при сжижении природного газа
Технологии мониторинга состава
Анализ материального состава проводится непрерывно, чтобы гарантировать, что качество природного газа соответствует таким жестким пределам, как >85%(об./об.) метана и примеси <50 ppm CO₂ и <4 ppm H₂S до сжижения. Современные установки используют газовые хроматографы и спектрометры с кольцевым затуханием для проведения более чем 240 измерений точек росы углеводородов и содержания серы ежедневно. По данным «Отчета о качестве СПГ в мире за 2023 год», площадки с масс-спектрометрией в реальном времени сократили партии вне спецификации на 67%.
Соответствие стандартам ISO 28460
Соблюдение ISO 28460:2019 гарантирует стабильность качества СПГ при международных поставках благодаря стандартизованным протоколам отбора проб. Рамочная программа требует:
- Не менее 8 составных проб на каждую операцию погрузки на море
- максимальное отклонение ±0,25% при расчете метанового числа
- Подтверждение содержания ртути в документальной форме (<0,01 мкг/м³)
Исследование 2022 года показывает, что терминалы, сертифицированные по ISO, решают 92% споров при передаче товара в течение 24 часов по сравнению с 58% на некомплаентных объектах.
Часто задаваемые вопросы
Каковы ключевые этапы фазы предварительной обработки при сжижении природного газа?
Ключевые этапы включают удаление кислых газов, обезвоживание и удаление ртути для очистки природного газа до его сжижения.
Как удаляется азот в процессе сжижения природного газа?
Азот удаляется путем криогенной дистилляции, при которой природный газ охлаждается для выделения азота.
Какие основные технологии используются для контроля состава при сжижении природного газа?
Основные технологии включают газовые хроматографы, спектрометры с кольцевым затуханием в полости, лазерную абсорбцию и криогенную выборку.
Почему удаление азота важно в производстве СПГ?
Удаление избыточного азота важно для поддержания теплотворной способности СПГ и обеспечения стабильной эффективности сгорания, особенно на электростанциях.