Топ-5 технологий, используемых на заводах по сжижению природного газа

Каскадный процесс в Сжижение природного газа

Многокаскадная холодильная система

В каскадном процессе СПГ производится в несколько этапов охлаждения, которые последовательно применяются к различным хладагентам, таким как пропан, этилен и метан. Эти хладагенты обеспечивают постепенное снижение температуры, достигая обычно от окружающей температуры до -160°C. За счёт разделения функций теплопередачи данная концепция минимизирует термодинамические потери, вызванные значительными перепадами температур. Трехступенчатая конфигурация снижает нагрузку на компрессоры на 40% по сравнению с одноступенчатой и поддерживает давление ниже 50 бар для безопасной эксплуатации. Такая ступенчатая система охлаждения также обеспечивает лучший контроль газовых фазовых переходов, что важно для стабилизации содержания метана в СПГ.

Сравнение эффективности использования энергии

Современные каскадные системы достигают эффективности использования энергии на уровне 35 кВт на тонну СПГ , что на 22% лучше по сравнению с ранними проектами. Основные факторы включают:

• Алгоритмы компенсации температуры окружающей среды, снижающие скачки потребления энергии на 12%
• Модернизация турбодетандеров, снижающая утечки метана до <0,8%
• Режимы предиктивного технического обслуживания, увеличивающие годовую продолжительность работы до 93%

Объекты в Арктике, как правило, демонстрируют производительность на 9% выше, чем установки в тропиках, благодаря более низкой базовой нагрузке на охлаждение, как показано в исследовании термодинамических процессов 2021 года .

Кейс: Объект в Бонтанге, Индонезия

Завод по производству СПГ в Бонтанге является типичным примером каскадного процесса, адаптированного к влажному тропическому климату. Его производительность в 22,5 млн тонн в год основана на трехступенчатой системе с предварительным охлаждением с использованием аммиака, что снижает зависимость от охлаждения морской водой на 34%. Объект работает при средней температуре на входе 32 °C, но благодаря воздухоохладителям, защищенным от муссонов, и динамической регулировке хладагента, данный завод потребляет 37 кВт·ч на тонну. После модернизации – снижение объема выбросов штормового газа на 15% по сравнению с исходными данными.

Технология одиночного смешанного хладагента (SMR)

Упрощенный цикл для производства СПГ на шельфе

45 SMR - Единый смешанный хладагент, SMR упрощает процесс сжижения на морских месторождениях, объединяя все хладагенты в одну смесь, и уменьшает занимаемую площадь на 40%. Такой упрощенный цикл особенно хорошо подходит для плавучих заводов по производству СПГ, где пространство ограничено. Современные конфигурации SMR обеспечивают удельное энергопотребление на уровне 0,35 кВт·ч/кг СПГ, а при использовании оптимизированных смесей хладагентов достигаются значительные экономии энергии.

Оптимизация процессов на основе ИИ

Продвинутые модели машинного обучения оптимизируют циклы SMR в режиме реального времени, регулируя соотношение хладагентов в соответствии с изменяющимися условиями подаваемого газа. Эти системы анализируют множество технологических переменных и обеспечивают повышение эффективности на 22–35% по сравнению с ручным управлением. Реализация в 2023 году на плавучем СПГ-заводе в Юго-Восточной Азии позволила снизить затраты на сжижение на 18 долларов США на тонну благодаря алгоритмам предиктивного технического обслуживания.

Гибридные системы охлаждения C3MR

Основы промежуточного охлаждения пропаном

Термодинамические характеристики пропана используются для предварительного охлаждения природного газа перед основным циклом смешанного хладагента в системах C3MR. На этом этапе предварительного охлаждения температура газа снижается до приблизительно -35°C, что уменьшает объем энергии, необходимой на последующих этапах. Пропан обладает прогнозируемой кривой кипения, что обеспечивает очень точный контроль температуры и минимизирует тепловое напряжение на оборудовании на выходе.

Термический КПД против SMR

Системы C3MR демонстрируют на 22% более высокую термическую эффективность по сравнению с методами SMR. В арктических условиях такой многоступенчатый подход снижает потребление мощности компрессорами на 30-40% по сравнению с одноступенчатыми установками SMR. Гибридная конструкция также поддерживает эксергетический КПД на уровне 0,92-0,95 при изменяющихся условиях.

Проект расширения месторождения North Field в Катаре

Расширение месторождения North Field в Катаре использует технологию C3MR для добавления мощности в 48 млн тонн в год к 2027 году. Данные проекта демонстрируют снижение удельного энергопотребления на 17% по сравнению со старыми установками, работающими на основе технологии SMR, с достижением 98% непрерывности цикла сжижения во время полевых испытаний.

Инновации в технологии смешанного двойного хладагента

Параллельная конфигурация охлаждения

Системы смешанного двойного хладагента (DMR) используют два независимых контура хладагента, работающих параллельно, что обеспечивает точный контроль температуры. Эта конфигурация повышает энергоэффективность на 15% по сравнению с традиционными одноконтурными системами, а также снижает нагрузку на оборудование при колебаниях нагрузки.

Особенности адаптации к арктическому климату

Технология DMR демонстрирует высокие результаты в условиях экстремального холода, а конструкции, оптимизированные для Арктики, сохраняют 92% мощности сжижения даже при длительном воздействии температуры -40°C. Эти системы превосходят установки SMR на 28% в аналогичных условиях.

Тенденции модульной реализации заводов

Компактность систем DMR обеспечивает сокращение занимаемой площади на 40% для модульных заводов по производству СПГ. Предварительно собранные блоки, установленные на рамах, позволяют быстро развернуть производство, достигая полной эксплуатационной готовности на 80% быстрее традиционных установок, как описано в исследовании о модульности .

Применение азотного расширения

Повышение безопасности на мелкомасштабных СПГ-производствах

Инертные свойства азота повышают безопасность в компактных СПГ-объектах, снижая риски возгорания при работе с газом. Его химическая стабильность предотвращает непреднамеренные реакции с углеводородами, а системы азотирования уменьшают риск взрыва на 40% по сравнению с традиционными методами.

Стратегии интеграции систем захвата углерода

Азотное расширение взаимодействует с системами захвата углерода для снижения выбросов, обеспечивая точный контроль состава выхлопных газов. Современные технологии достигают уровня захвата углерода в 92% без значительных энергетических потерь.

Оперативное управление мощностью производства

Благодаря способности азота быстро охлаждать, его применение критически важно в задачах уменьшения пиковых нагрузок, когда заводы по производству СПГ должны оперативно регулировать объёмы выпуска. Турбины расширения позволяют увеличить мощность сжижения на 30% в течение 90 секунд, одновременно снижая потери от испарения на 18% по сравнению с механическими альтернативами.

Часто задаваемые вопросы

Что представляет собой каскадный процесс в технологии сжижения СПГ?

Каскадный процесс в технологии сжижения СПГ включает многоступенчатый процесс охлаждения с использованием различных хладагентов, которые постепенно снижают температуру природного газа, уменьшая нагрузку на компрессоры и оптимизируя энергоэффективность.

Чем технология одиночного смешанного хладагента (SMR) отличается от других технологий производства СПГ?

Технология SMR упрощает процесс сжижения за счёт применения одного смешанного хладагента, что делает её идеальной для использования на морских платформах благодаря меньшему занимаемому пространству и упрощённой эксплуатации.

Каковы преимущества использования систем с двойным смешанным хладагентом?

Системы с двойным смешанным хладагентом повышают энергоэффективность на 15% за счёт параллельной работы холодильных контуров и обеспечивают точное регулирование температуры, что делает их подходящими для экстремальных климатических условий.

Почему азот используется в мелкомасштабных применениях СПГ?

Азот используется благодаря своим инертным свойствам, которые повышают безопасность за счёт снижения риска возгорания и минимизации вероятности взрыва при обработке и сжижении газов.