https://www.asiachmical.com/lng-plant/lng-processing-plant.html
1. การจำแนกประเภทของกระบวนการทำให้เป็นของเหลวของก๊าซธรรมชาติ
ในปัจจุบัน ประเภทของกระบวนการทำให้เหลวของก๊าซธรรมชาติถูกแบ่งออกตามหน้าที่และวิธีการทำความเย็นเป็นหลัก
(1) ตามหน้าที่ พวกเขาสามารถแบ่งออกเป็นหน่วยโหลดของเหลวพื้นฐานและหน่วยของเหลวโกนหนวดสูงสุด หน่วย LNG ขนาดเล็กเป็นของหน่วยทำให้เหลวที่โกนหนวดสูงสุด
(2) ตามวิธีการทำความเย็น มันสามารถแบ่งออกเป็น: ①กระบวนการเหลวแบบน้ำตก; ② กระบวนการหลอมเหลวของสารทำความเย็นแบบผสม รวมทั้งการปิด เปิด พรีคูลลิ่งโพรเพน CII ฯลฯ ③ กระบวนการทำให้เป็นของเหลวด้วยเครื่องแผ่ขยาย รวมทั้งการขยายตัวของก๊าซธรรมชาติ การขยายตัวของไนโตรเจน การขยายตัวของไนโตรเจน-มีเทน เป็นต้น
อย่างไรก็ตาม การแบ่งข้างต้นไม่เข้มงวด และมักจะใช้กระบวนการผสมที่รวมส่วนผสมต่าง ๆ ของบางส่วนของกระบวนการทำให้เหลวต่าง ๆ ที่อธิบายไว้ข้างต้น และแต่ละวิธีประกอบด้วยหลายประเภท
2. ชนิดและองค์ประกอบของโรงหลอมก๊าซธรรมชาติ
ประเภทของหน่วยทำให้เหลวของก๊าซธรรมชาติส่วนใหญ่ประกอบด้วยหน่วยของเหลวที่โหลดพื้นฐาน หน่วยของเหลวโกนสูงสุด หน่วยเก็บและขนถ่าย LNG สำหรับการผลิต และขั้วรับ LNG และคำจำกัดความมีดังต่อไปนี้
(1) โรงงานทำของเหลวให้เหลวแบบพื้นฐาน: หมายถึงโรงงานทำของเหลวขนาดใหญ่ที่ผลิตขึ้นเพื่อใช้ในท้องถิ่นหรือการขนส่งภายนอก
(2) อุปกรณ์ทำให้เหลวสำหรับโกนหนวดสูงสุด: หมายถึงอุปกรณ์เหลวก๊าซธรรมชาติสำหรับปริมาณการโกนสูงสุดหรือเสริมการจัดหาเชื้อเพลิงฤดูหนาว มักจะทำให้เหลวและเก็บก๊าซธรรมชาติส่วนเกินในระหว่างโหลดสูงสุดต่ำและไอซ้ำสำหรับใช้ในกรณีฉุกเฉินสูงสุดหรือฉุกเฉิน สถานการณ์
(3) อุปกรณ์การผลิต จัดเก็บ และขนถ่าย LNG แบบลอยตัว: เป็นอุปกรณ์กลั่นก๊าซธรรมชาติชนิดใหม่ในแหล่งก๊าซธรรมชาติและแหล่งก๊าซนอกชายฝั่ง นิยมใช้เพราะมีข้อดีคือลงทุนน้อย ระยะเวลาก่อสร้างสั้น และรื้อถอนง่าย
(4) ขั้วรับ LNG หมายถึง อุปกรณ์ที่รับ LNG ที่ขนส่งโดยผู้ให้บริการ LNG จากอุปกรณ์โหลดก๊าซธรรมชาติเหลวแบบโหลดพื้นฐาน ซึ่งโดยทั่วไปจะติดตั้งระบบกู้คืนการทำให้เป็นของเหลวสำหรับก๊าซเดือดบนถัง LNG BOG (ก๊าซเดือด)
โรงงานผลิตก๊าซธรรมชาติเหลวโดยทั่วไปประกอบด้วยกระบวนการปรับสภาพก๊าซธรรมชาติ กระบวนการทำให้เหลว ระบบจัดเก็บ ระบบควบคุม และระบบป้องกันอัคคีภัย ซึ่งกระบวนการทำให้เป็นของเหลวเป็นส่วนหลักของโรงผลิตก๊าซธรรมชาติเหลว โดยทั่วไปแล้ว โรงงาน LNG ขนาดใหญ่จะประกอบด้วยโรงงานผลิตก๊าซธรรมชาติเหลวหลายชุด และโรงงานผลิตก๊าซธรรมชาติเหลวแต่ละชุดอาจมีสายการผลิตหลายสาย เนื่องจากวัตถุประสงค์ในการผลิตที่แตกต่างกันของหน่วยการทำให้เป็นของเหลวที่แตกต่างกัน จึงมีองค์ประกอบเฉพาะที่แตกต่างกันมากตามธรรมชาติ
3. วิธีการทำความเย็น LNG
เครื่องทำความเย็นที่เรียกว่าหมายถึงการใช้วิธีการประดิษฐ์เพื่อสร้างเทคโนโลยีอุณหภูมิต่ำ (ต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อม) วิธีการทำความเย็นส่วนใหญ่ประกอบด้วยสามวิธีต่อไปนี้
(1) ใช้ผลดูดความร้อนของการเปลี่ยนเฟสของวัสดุ (เช่น การหลอม การระเหย การระเหิด) เพื่อให้เกิดการทำความเย็น การทำความเย็นด้วยไอที่เรียกว่าหมายถึงการใช้การระเหยของของเหลวเพื่อให้เกิดการทำความเย็น การทำความเย็นด้วยไอสามารถแบ่งออกเป็นสามประเภท: การอัดไอ (การอัดทางกล) การฉีดไอและการดูดซับ ปัจจุบันนิยมใช้เครื่องทำความเย็นแบบอัดไอ
(2) ใช้ผลการระบายความร้อนของการขยายตัวของก๊าซเพื่อให้เกิดการทำความเย็น ปัจจุบันเครื่องทำความเย็นแบบขยายแก๊สใช้เครื่องทำความเย็นแบบขยายกังหันอย่างกว้างขวาง และยังใช้เครื่องทำความเย็นวาล์วปีกผีเสื้อและเครื่องทำความเย็นแยกความร้อน
(3) ใช้ผลเทอร์โมอิเล็กทริกของเซมิคอนดักเตอร์เพื่อให้เกิดการทำความเย็น
ในกระบวนการทำให้เหลวของก๊าซธรรมชาติ การระเหยของของเหลวและการขยายตัวของก๊าซถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อให้เกิดการทำความเย็น การควบคุมปริมาณเครื่องทำความเย็นต้องมีพลังงานความดันสูงพอที่จะใช้และประสิทธิภาพต่ำ โดยทั่วไปจะใช้ในสถานการณ์ที่ความดันของก๊าซดิบสูงและปริมาณของการทำให้เหลวที่ต้องการมีน้อย
4. กระบวนการหลอมเหลวของก๊าซธรรมชาติทั่วไป
กระบวนการทำให้เป็นของเหลวที่แตกต่างกันมีวิธีการทำความเย็นที่แตกต่างกัน ในกระบวนการทำให้เหลวของก๊าซธรรมชาติ กระบวนการทำให้เหลวของก๊าซธรรมชาติทั่วไปส่วนใหญ่ประกอบด้วยกระบวนการเหลวแบบน้ำตก กระบวนการทำให้เหลวของสารทำความเย็นแบบผสม และกระบวนการทำให้เป็นของเหลวด้วยตัวขยาย และวิธีการทำความเย็นมีดังนี้
(1) กระบวนการหลอมเหลวแบบคาสเคด
ประกอบด้วยรอบการทำความเย็นที่ทับซ้อนกันหลายรอบซึ่งทำงานที่อุณหภูมิต่างกัน ซึ่งชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิสูง ปานกลาง และต่ำใช้สารทำความเย็นที่มีอุณหภูมิสูง ปานกลาง และต่ำตามลำดับ การระเหยของสารทำความเย็นในส่วนที่มีอุณหภูมิสูงจะใช้เพื่อควบแน่นสารทำความเย็นในส่วนที่มีอุณหภูมิต่ำ และสารทำความเย็นในส่วนที่มีอุณหภูมิต่ำจะระเหยอีกครั้งเพื่อส่งออกความสามารถในการทำความเย็น และชิ้นส่วนเหล่านี้เชื่อมต่อกันด้วยคอนเดนเซอร์ระเหยหลายตัว เครื่องควบแน่นแบบระเหยเป็นทั้งเครื่องระเหยของชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิสูงและคอนเดนเซอร์ของชิ้นส่วนที่มีอุณหภูมิต่ำ สำหรับก๊าซธรรมชาติ
สำหรับการทำให้เป็นของเหลว ส่วนใหญ่จะใช้วงจรทำความเย็นแบบน้ำตกสามขั้นตอนที่มีโพรเพน เอทิลีน และมีเทนเป็นสารทำความเย็น
(2) กระบวนการทำให้เป็นของเหลวผสมสารทำความเย็น
กระบวนการนี้มีวิวัฒนาการมาจากกระบวนการทำความเย็นแบบคาสเคดในช่วงปลายทศวรรษ 1960 ส่วนผสมของไฮโดรคาร์บอน (N2, C1, C2, C3, C4, C5) ส่วนใหญ่จะใช้เป็นสารทำความเย็นเพื่อแทนที่ส่วนประกอบบริสุทธิ์หลายตัวในกระบวนการทำความเย็นแบบเรียงซ้อน และองค์ประกอบจะถูกกำหนดตามองค์ประกอบและความดันของก๊าซป้อน การใช้ประโยชน์จากคุณลักษณะของส่วนประกอบหนักในส่วนผสมที่มีหลายองค์ประกอบควบแน่นก่อนและส่วนประกอบที่เบาจะควบแน่นในภายหลัง ความสามารถในการทำความเย็นของระดับอุณหภูมิต่างๆ สามารถทำได้โดยการควบแน่น การแยก การควบคุมปริมาณ และการระเหยตามลำดับ สารทำความเย็นผสมกับก๊าซธรรมชาติดิบ กระบวนการทำความเย็นแบบผสมมีสองประเภท: ปิดและเปิด
(3) กระบวนการหลอมเหลวด้วยเครื่องแผ่ขยาย
วัฏจักรการทำความเย็นแบบขยายตัวส่วนใหญ่ใช้วัฏจักรย้อนกลับ-เบรย์ตัน ในรอบนี้ สารทำงานจะถูกบีบอัดด้วยไอเซนทรอปิคัลโดยคอมเพรสเซอร์ ระบายความร้อนด้วยตัวทำความเย็น จากนั้นจึงขยายตัวแบบไอเซนทรอปิคัลแบบอะเดียแบติกในเทอร์โบเอ็กซ์เพนเดอร์ และทำงานภายนอกเพื่อให้ได้กระแสลมที่อุณหภูมิต่ำเพื่อผลิตพลังงานเย็น ในกระบวนการทำให้เหลวของก๊าซธรรมชาติ เครื่องทำความเย็นแบบขยายส่วนใหญ่ใช้สี่รูปแบบต่อไปนี้: เครื่องทำความเย็นแบบขยายโดยตรงด้วยก๊าซธรรมชาติ, เครื่องทำความเย็นแบบขยายตัวด้วยไนโตรเจน, เครื่องทำความเย็นแบบขยายตัวแบบผสมไนโตรเจน-มีเทน ฯลฯ
5. หลักการทำความเย็นและลักษณะของกระบวนการทำให้เป็นของเหลวด้วยเครื่องแผ่
Expander Cycle หมายถึงกระบวนการทำให้ก๊าซธรรมชาติเหลวโดยใช้สารทำความเย็นแรงดันสูงและการทำความเย็นวงจร Claude ผ่านการขยายตัวแบบอะเดียแบติกของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ อุปกรณ์หลักคือเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ซึ่งมีข้อดีคือประสิทธิภาพไอเซนโทรปิกสูงและงานขยายตัวที่นำกลับมาใช้ใหม่ได้ ดังนั้น กระบวนการนี้จึงได้รับความนิยมมากขึ้นเรื่อยๆ โดยโรงงาน LNG ที่มีการโกนสูงสุดที่มีความสามารถในการทำให้เป็นของเหลวขนาดเล็ก และโดยทั่วไปมักใช้สำหรับอุปกรณ์ที่มีความสามารถในการทำให้เป็นของเหลว 7×104-70×104m3/d
หลักการพื้นฐานของการทำความเย็นในกระบวนการทำให้เหลวด้วยเครื่องแผ่ขยายคือ: ก๊าซจะขยายตัวและทำให้เย็นลงในตัวแผ่ขยายขณะส่งออกงาน ซึ่งสามารถใช้ขับเคลื่อนคอมเพรสเซอร์ได้ เมื่อมีความแตกต่างของความดัน "ธรรมชาติ" ระหว่างก๊าซดิบที่เข้าสู่อุปกรณ์และก๊าซเชิงพาณิชย์ที่ออกจากอุปกรณ์การทำให้เป็นของเหลว กระบวนการนี้ไม่จำเป็นต้องเสริมด้วยพลังงาน "จากโลกภายนอก" แต่จะพึ่งพา "ธรรมชาติ" ความแตกต่างของแรงดันเพื่อให้เกิดความเย็นผ่านตัวขยาย ตามสารทำความเย็นที่แตกต่างกัน มันสามารถแบ่งออกเป็นกระบวนการทำให้เหลวการขยายตัวของไนโตรเจน กระบวนการทำให้เป็นของเหลวการขยายตัวแบบผสมไนโตรเจน - มีเทน และกระบวนการทำให้เหลวด้วยการขยายตัวโดยตรงของก๊าซธรรมชาติ
(1) กระบวนการทำให้เป็นของเหลวขยายตัวโดยตรงของก๊าซธรรมชาติ
กระบวนการนี้หมายถึงกระบวนการของการใช้ก๊าซธรรมชาติแรงดันสูงจากแหล่งก๊าซโดยตรง และขยายแบบอะเดียแบติกในเครื่องขยายไปยังแรงดันของท่อส่งก๊าซ จึงทำให้เกิดกระบวนการทำให้เป็นของเหลวของก๊าซธรรมชาติ เหมาะอย่างยิ่งสำหรับโอกาสที่แรงดันในท่อสูง แรงดันใช้งานจริงต่ำ และต้องลดแรงดันตรงกลาง เนื่องจากก๊าซธรรมชาติที่เข้าสู่เครื่องแผ่ขยายไม่จำเป็นต้องขจัด CO2 แต่จำเป็นต้องขจัด CO2 ออกจากส่วนที่เป็นของเหลวของก๊าซดิบเท่านั้น ปริมาตรของก๊าซปรับสภาพจึงลดลงอย่างมาก เมื่ออุปกรณ์ทำงานตามปกติ ก๊าซธรรมชาติที่ระเหยออกจากถังเก็บจะถูกบีบอัดด้วยเครื่องอัดก๊าซย้อนกลับ จากนั้นจึงส่งกลับไปยังระบบเพื่อทำให้เป็นของเหลว กระบวนการนี้สามารถประหยัดต้นทุนการผลิตพิเศษ การขนส่ง และการจัดเก็บสารทำความเย็น มันมีข้อดีของกระบวนการง่าย ๆ อุปกรณ์ขนาดกะทัดรัด การลงทุนขนาดเล็ก การปรับที่ยืดหยุ่น และการทำงานที่เชื่อถือได้ อย่างไรก็ตาม กระบวนการทำให้เป็นของเหลวนี้ไม่สามารถได้รับอุณหภูมิต่ำ ปริมาณก๊าซหมุนเวียนขนาดใหญ่ และอัตราการทำให้เป็นของเหลวต่ำ เนื่องจากกระบวนการทำให้เป็นของเหลวด้วยการขยายตัวของไนโตรเจน และประสิทธิภาพการทำงานของเครื่องขยายได้รับผลกระทบอย่างมากจากความดันและองค์ประกอบของก๊าซในวัตถุดิบ และความปลอดภัย ความต้องการของระบบค่อนข้างสูง สูง.
(2) กระบวนการทำให้เป็นของเหลวขยายตัวของไนโตรเจน
มันเป็นตัวแปรของกระบวนการทำให้เหลวด้วยการขยายตัวโดยตรง วัฏจักรการทำความเย็นไนโตรเจนถูกแยกออกจากวงจรการทำให้เป็นของเหลวของก๊าซธรรมชาติ และวัฏจักรการทำความเย็นคลอรีนจะให้ความจุความเย็นสำหรับก๊าซธรรมชาติ ข้อดีของมันคือความสามารถในการปรับตัวที่มากขึ้นกับการเปลี่ยนแปลงของส่วนประกอบก๊าซดิบ ความสามารถในการทำให้เป็นของเหลวที่แข็งแกร่ง การทำงานที่ง่ายและสะดวกของทั้งระบบ การไหลเวียนของสารตกค้างสูงกว่าประมาณ 40 เปอร์เซ็นต์
(3) กระบวนการทำให้เป็นของเหลวขยายตัวแบบผสมไนโตรเจน-มีเทน
เป็นการปรับปรุงกระบวนการทำให้เหลวขยายตัวด้วยไนโตรเจน ซึ่งสามารถลดความแตกต่างของอุณหภูมิการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ปลายเย็นได้ เมื่อเทียบกับวัฏจักรสารทำความเย็นแบบผสม มีข้อดีของกระบวนการที่เรียบง่าย ควบคุมง่าย เวลาเริ่มต้นสั้น และประหยัดการใช้พลังงาน 10 เปอร์เซ็นต์ถึง 20 เปอร์เซ็นต์เมื่อเทียบกับการทำความเย็นแบบขยายไนโตรเจนบริสุทธิ์
6. หลักการทำงานของเทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์
เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์เป็นเครื่องทำความร้อนแบบหมุนด้วยความเร็วสูง ตามกฎของการแปลงพลังงานและการอนุรักษ์พลังงาน เมื่อก๊าซทำงานภายนอกระหว่างการขยายตัวแบบอะเดียแบติกในเทอร์โบเอ็กซ์เพนเดอร์ พลังงานของมันจะลดลง และเอนทาลปีหนึ่งจะถูกสร้างขึ้นพร้อม ๆ กัน ซึ่งจะทำให้อุณหภูมิของก๊าซลดลงเอง และสร้างสภาวะการทำให้เป็นของเหลวของแก๊ส
อันที่จริงแล้วเทอร์โบเอ็กซ์เพนเดอร์เป็นการย้อนกลับของคอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยง คอมเพรสเซอร์แบบแรงเหวี่ยงขับเคลื่อนด้วยมอเตอร์ไฟฟ้าเพื่อเพิ่มแรงดันของแก๊สซึ่งกินไฟ เทอร์โบเอ็กซ์แพนเดอร์ใช้กระแสลมความเร็วสูงที่เกิดจากการขยายตัวของก๊าซแรงดันสูงเพื่อส่งผลกระทบต่อใบพัดการทำงานของเทอร์โบเอ็กซ์เพนเดอร์ เพื่อให้ใบพัดหมุนด้วยความเร็วสูง ใบพัดหมุนด้วยความเร็วสูงสามารถสร้างพลังงานได้จำนวนหนึ่ง แล้วจึงทำงานภายนอก ในเวลาเดียวกันทั้งอุณหภูมิและความดันของแก๊สที่ขยายออก กล่าวอีกนัยหนึ่ง turboexpander ใช้การเปลี่ยนแปลงความเร็วของตัวกลางในการแปลงพลังงานซึ่งไม่เพียงให้ความสามารถในการทำความเย็นสำหรับอุปกรณ์การทำให้เป็นของเหลวเท่านั้น แต่ยังสามารถใช้งานที่เกิดจากการขยายตัวเพื่อขับเคลื่อนอุปกรณ์เช่นคอมเพรสเซอร์หรือเครื่องกำเนิดไฟฟ้าลด หน่วยของแอลเอ็นจี การใช้พลังงานเชิงปริมาตร
