Низкотемпературные процессы очистки при малотоннажном производстве сжиженного природного газа повышенного качества

• Автор: Медведков, Илья Сергеевич
• Шифр специальности: 05.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 167 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Обзор технологий малотоннажного производства СПГ
1.1 Особенности малотоннажного производства СПГ
1.2 Анализ циклов малотоннажного производства СПГ
1.3 Методы предварительной подготовки природного газа
1.3.1 Абсорбционные методики осушки, очистки
1.3.2 Адсорбционная методика осушки, очистки
1.3.3 Мембранная технология осушки и очистки
1.3.4 Низкотемпературная очистка
1.4 Цели и задачи работы
2 Методика расчета и оптимизации параметров систем низкотемпературной очистки
2.1 Эффективность разделительного аппарата
2.2 Основные расчетные зависимости
2.3 Аппараты, осуществляющие разделение
2.3.1 Прямоточная схема непрерывного испарения
2.3.2 Схема непрерывного испарения со смешением потоков
2.3.3 Ректификационная колонна
2.3.3.1 Расширенная схема
2.3.3.2 Разделительный аппарат без испарителя
2.4 Универсальный блок низкотемпературной очистки (БНО)
2.5 Основные рекомендации при расчете
3 Блок низкотемпературной очистки в составе установок частичного сжижения
3.1 Эффективность блока низкотемпературной очистки в составе установки частичного сжижения. Исходный цикл сжижения
3.2 Дроссельный цикл высокого давления с блоком низкотемпературной
очистки
3.2.1 Значения критерия эффективности в циклах высокого давления

3.2.2 Влияние азотной отдувки
3.3 Цикл сжижения среднего давления с детандером и блоком низкотемпературной очистки
3.3.1 Определение условий работы детандерного агрегата в установках сжижения с БНО
3.3.2 Значения критерия эффективности в циклах среднего давления
3.4 Пути увеличения производительности установок сжижения с низкотемпературной очисткой
3.4.1 Утилизация отбросной жидкости криогенным насосом
3.4.2 Утилизация отбросной жидкости в виде технологического потока
3.5 Рекомендации
Выводы
Список литературы
Приложение А
Приложение Б
Приложение В
Приложение Г
Приложение Д
Приложение Е
Приложение Ж

Введение
Актуальность проблемы. В настоящее время использование природного газа в качестве моторного топлива и автономная газификация небольших объектов предполагает производство сжиженного природного газа (СПГ) в небольших количествах и близко к потребителю (малотоннажное производство). При этом, как правило, исходный газ на сжижение отбирается из магистральных или распределительных газопроводов, и может различаться по своему составу. В то же время, состав сжиженного природного газа определяется нормативными документами, которые устанавливают ограничения по содержанию диоксида углерода, высококипящих компонентов (этан, пропан, бутан, С5+, пары масла и др.) и азота. Кроме того, в процессе охлаждения газа возможна кристаллизация компонентов (в первую очередь, диоксида углерода) и забивка теплообменных аппаратов и арматуры. Поэтому перед сжижением газ подвергают процессам осушки и очистки путем адсорбции на цеолитах. Однако адсорбционная очистка не может обеспечить требований для СПГ марки А (содержание высококипящих компонентов менее 1%, азота менее 1%). Поэтому для производства СПГ марки А необходимо применять другие методы очистки, в том числе, низкотемпературное фракционное испарение и ректификацию.
Цель работы - разработать эффективный метод малотоннажного производства СПГ высокой чистоты (метан более 98%, диоксид углерода менее 0,01%, суммарное содержание высококипящих компонентов менее 1%, азота менее 1%) на основе низкотемпературных процессов фракционного испарения и ректификации.
Основные задачи исследований:
1. Разработать методику расчета низкотемпературных систем очистки СПГ от высококипящих компонентов с учетом особенностей процесса;
2. На основе численного моделирования определить оптимальные параметры систем низкотемпературной очистки, обеспечивающие требуемый состав продукта при минимизации дополнительных энергозатрат;

зависимость приведена на рис. 2.4 для различных давлений в фракционном испарителе. Из графика видно, что, со снижением давления в фракционном испарителе, величина выхода чистого продукта увеличивается.
Содержание С02 в паре, ppm
Рисунок 2.4. Величина доли чистого пара (величина выхода продукта) при разделении смеси Метан+СОг (500 ppm) в фракционном испарителе, работающего по прямоточной схеме в зависимости от давления в испарителе и требуемого содержания СО2 в паре
Из рисунка 2.4 видно, что непрерывное испарение по прямоточной схеме малопригодно для применения его в разделительных аппаратах, поскольку для очистки, например, природного газа с содержанием диоксида углерода в 500 ppm до содержания в 100 ppm необходимо будет удалить из системы до 50 % вещества с отбросным потоком. Необходимо применять более совершенные технологии разделения природного газа.
2.3.2 Схема непрерывного испарения со смешением потоков
Один из способов повышения производительности фракционного испарителя - применение испарителя со смешением входящего потока жидкости и отгоняемых паров. Схема такого метода показана на рис.2.5. На рисунке 2.6 изображен процесс тепломассообмена в таком испарителе в h-x диаграмме.