close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

60.Совершенствование взаимозаменяемости природного газа

код для вставкиСкачать
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА ГАЗА
ПРОГРЕССИВНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ УЛУЧШАЮТ
ЭКОНОМИКУ ПРЕДПРИЯТИЙ,
ЗАНИМАЮЩИХСЯ СЖИЖЕНИЕМ
ПРИРОДНОГО ГАЗА
F. P. Ross и S. T. Walther, Mustang Engineering, Хьюстон, Техас; и K. T. Cuellar, Ortioff Engineers, Ltd., Хьюстон, Техас
Новые интегрированные методы отбора/испарения расширяют возможности владельцев импортных СПГтерминалов
В США и многих индустриально развитых странах природный газ (ПГ) стал идеальным источником
энергии благодаря его минимальному воздействию
на окружающую среду и легкости распределения.
В зависимости от цены на нефть ПГ может также
обеспечивать экономические преимущества. Вот почему глобальное потребление ПГ неуклонно увеличивается как в устоявшихся, так и в развивающихся
экономиках.
ПРЕДПОСЫЛКИ
Во многих развитых странах добыча ПГ убывает
при одновременном росте его потребления. Растет
оно и в развивающихся странах, где имеются запасы
ПГ, но недостаточно развитая инфраструктура препятствует доставке газа туда, где он необходим.
Там, где есть трубопроводы, ПГ можно сжижать
криогенным способом (-162 °С). Сжиженный природный газ (СПГ) перевозят на специально сконструированных судах (СПГ-танкерах). В 1964 г.
British Gas начала импортировать СПГ из Алжира в
Соединенное Королевство. Этот СПГ затем регазифицировали (испаряли) и направляли в распределительную сеть. В 70-х и в начале 80-х гг. прошлого
столетия в США были построены четыре импортных
терминала для приемки и испарения СПГ. Из-за резкого падения цен на нефть в начале 80-х гг. спрос на
СПГ не оправдал ожидания, и несколько импортных
терминалов практически были «законсервированы»
до конца 90-х годов.
Все поставки нефти и ПГ были напряжены, цены
росли, СПГ снова стал привлекательным по экономическим и экологическим соображениям. Было
построено множество установок по снижению ПГ,
многие предприятия мирового класса находятся в
стадии строительства. Это новые поточные линии
будут вырабатывать большие объемы СПГ для поставок на мировые рынки.
За последние четыре года было объявлено о строительстве 125 приемочных СПГ-терминалов или расширения существующих приемочных терминалов
в мире, что свидетельствует о потенциальном росте
потребления СПГ в этом секторе энергетического
бизнеса.
№5 май 2008
Каждая партия поставленного СПГ может характеризоваться различиями в составе и в теплотворной способности. Теплотворная способность СПГ
зависит от состава ПГ, подвергаемого сжижению, и
типа сжиженного нефтяного газа (СНГ), отбираемого на установке по сжижению ПГ. Практически на
всех СПГ-установках из поступающего ПГ удаляют
гексаны и более тяжелые компоненты, а также большинство пентанов для предотвращения замерзания
в криогенном оборудовании. Дополнительная экстракция пропана и бутана зависит от экономических
приоритетов владельцев СПГ-установок. На некоторых установках из исходного сырья практически
экстрагируют 95 % и более пропана и 100 % бутанов,
наряду с тяжелыми компонентами еще до сжижения
ПГ. На некоторых установках эти компоненты остаются в потоке сжиженного газа и становятся частью
СПГ, продаваемого на мировом рынке.
Процентное содержание этана, пропана и бутана, оставшихся в СПГ после сжижения, определяет
энергосодержание СПГ. Энергетический уровень,
выраженный высшей теплотворной способностью
(high heating value – HHV) имеющихся и планируемых СПГ-партий, может находится в пределах
от 1020 БТЕ/ст. фут3 для «тощего» СПГ, содержащего очень мало компонентов тяжелее метана, до
1170 БТЕ/ст. фут3 для «жирного» СПГ, содержащего
много этана, пропана и бутанов.
В странах, не имеющих ресурсов ПГ, в частности,
в Японии, распределительные системы и конечные
потребители рассчитаны на получение газа с HHV
в верхних пределах. В большинстве стран с исторически сложившимися поставками природного газа
газопроводными распределительными системами имеются стандарты качества газа, которые, как
правило, ограничивают HHV ПГ в пределах 150–
1050 БТЕ/ст. фут3. Импортеры СПГ в этих странах
вынуждены либо ограничивать поставки источниками СПГ, вписывающимися в эти пределы, либо модифицировать состав газа перед его подачей в распределительную систему.
Существуют два способа сжижения теплотворной способности СПГ с высокими значениями
БТЕ/ст. фут3. Первый способ заключается в смеше81
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА ГАЗА
нии СПГ с инертным газом (обычно азотом) до или
после испарения. Это ограничивает возможность
применения инертного газа, потому что в большинстве спецификаций ПГ-инертный компонент не должен превышать 4 %. К тому же производство азота
связано со значительными энергозатратами. На выработку электроэнергии расходуются ископаемые
топлива, являющиеся в результате сжигания загрязнителями атмосферы при сжигании. Поскольку
нагнетание азота в поток ПГ не дает никакой добавленной стоимости, капитальные и эксплуатационные затраты, необходимые для строительства
и эксплуатации установок по производству азота,
значительно снижают прибыль на капитал, инвестированный в терминал (return of investment –
ROI).
Второй способ снижения теплотворной способности ПГ заключается в экстракции из СПГ «не-метан» углеводородов (этана, пропана, бутана и пентана) до или после процесса испарения. Процесс
отбора продуктов сжижения природного газа (natural gas liquids recovery – NGLR) способен снижать
теплотворную способность любого СПГ до величин,
предусмотренных спецификациями. Эта способность кондиционировать СПГ позволяет импортеру
повышать прибыль за счет направления импортируемых СПГ партий в места максимальной экономической прибыльности.
В отличие от нагнетания инертного газа процесс
NGLR создает второй продукт – продукт сжижения природного газа (natural gas liquids – NGL) –
который имеет большую ценность как химическое
сырье, чем как энергоноситель, если он остается в
газовом потоке. Несмотря на более высокие капитальные и эксплуатационные затраты на NGLR установку, более высокая ценность продуктов NGL
окупает эти затраты и может повысить ROI для всего терминала.
Удаление «не-метан»-углеводородов из СПГ после испарения обычно производится на криогенной
установке турбо-детандерного типа. Удаление NGL
во время испарения СПГ дает преимущества, заключающиеся в том, что «не-метан»-компоненты
уже находятся в жидкой форме и в этом состоянии используются в процессе фракционирования.
Предположим, что владелец импортного СПГ-терминала пожелает построить NGLR-установку для
повышения гибкости импорта и получения экономических преимуществ. Описанию преимуществ
интегрирования NGLR и функций испарения в единую интегрированную установку перед раздельными установками испарения и NGLR посвящена данная статья.
РАЗДЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ИСПАРЕНИЯ СПГ
ИЛИ ИНТЕГРИРОВАННАЯ СИСТЕМА
NGLR-ИСПАРЕНИЯ
В раздельной (сегрегированной) системе испарение СПГ может осуществляться одним из нескольких способов. Для испарения больших объемов СПГ
преимущественно применяют четыре технологии,
среди которых: погруженные испарители со сгора82
нием части испаряемого газа (submerged-combustion
vaporizers – SCV), испарители на открытых стеллажах (open-rack vaporizers – ORV), испарители
с промежуточной жидкостью (immediate-fluid-vaporizers – IFV) и испарители с использованием окружающего воздуха.
В процессе SCV СПГ пропускают через теплообменники, погруженные в водяную баню. Водяную
баню нагревают путем сжигания части испарившегося СПГ. В процессе ORV большое количество морской воды пропускают через оребренные алюминием трубы, в которых содержится испаряемый СПГ.
В IFV процессе СПГ испаряют в теплообменнике с
применением промежуточной жидкости, которую
подогревают с помощью внешнего источника.
Имеются два основных типа AAV (ambient-air
vaporizers). Первый тип – прямое испарение воздуха, в котором воздух протекает через оребренные
алюминием трубы из нержавеющей стали, в которых
содержится испаряемый СПГ. Второй тип – гибридный, сочетание процессов AAV и IFV. В этом способе окружающий воздух используется для подогрева
промежуточной жидкости, который прокачивают
через кожухо-трубный теплообменник, в котором
испаряется СПГ.
Преимущество этого процесса заключается в непосредственном применении AAV без недостатков
циклического размораживания и СПГ, распределяемом под высоким давлением в ходе процесса. Одно
из преимуществ использования промежуточной
жидкости заключается в том, что тепловую энергию
атмосферы можно использовать в различных целях.
Эта возможность имеет критически важное значение для NGLR-процесса испарения.
РАЗДЕЛЬНОЕ ИСПАРЕНИЕ СПГ И ОТБОР NGL
В процессе раздельного СПГ-испарения и отбора
NGL (рис. 1) СПГ сначала испаряют с помощью одного из ранее упомянутых процессов испарения. После
испарения газ обрабатывают в типичном криогенном
турбо-детандерном процессе. С середины 60-х гг. эти
процессы широко применяются для отбора углеводородных жидкостей из газовых потоков. Установки
для турбо-детандерного отбора NGL производительностью каждой поточной линии до 2200 млн ст. фут3
эксплуатируются во многих регионах мира.
В этих процессах сырьевой газовый поток поступает под газопроводным рабочим давлением,
и путем расширения с помощью турбо-детандера рабочее давление снижается для обеспечения
адекватного замораживания с целью выделения
желаемых компонентов. Такое снижение температуры и давления необходимы с учетом фазовых
поведенческих характеристик газа. После разделения легких и тяжелых компонентов в метано- или
этаноотгонной дистилляционной колонне (в зависимости от желаемых продуктов) отбирают NGL.
Остаточный газ затем подвергается повторному
сжатию с 400 фунт/дюйм2 до давления перекачки
по газопроводам, обычно 1000–1250 фунт/дюйм2.
Сила сжижения, необходимая для криогенной
турбо-детандерной установки производительно№5 май 2008
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА ГАЗА
Фракционирование легких и
тяжелых углеводородов в интегПроизводительность
рированном процессе очень схоПроизвометаноотгонной
же с фракционированием в сегредительность:
колонны:
гированном процессе. Основное
575 млн БТЕ/ч
50 млн БТЕ/ч
различие заключается в том, что в
при 107 С
отличие от сегрегированного процесса, где требуется рабочая энергия для сжижения тяжелых угле873 млн ст.
водородов и значительной части
3
фут /сут
Экстракция NGL:
легких компонентов для фракциостаточного
уровни экстракции:
1000 млн
онирования,
интегрированный
СПГ
газа
95 % этана, 100 %
фут3/сут
Испарение СПГ
пропана и более
процесс начинается с полностью
1200
фунт/
1200 ст. фунт/
тяжелых
конденсированных компонентов
дюйм2, 38 С
дюйм2, 1,7 С
компонентов
(в виде СПГ) и нуждается в допол1250 фунт/
дюйм2, 119 С
нительной тепловой энергии для
испарения части потока с целью
Продукт сжижения
облегчения фракционирования.
природного газа
Эта тепловая энергия является
частью той же энергии, которая
потребовалась бы для непосредсРис. 1. Раздельная система испарения СПГ и отбора NGL
твенного испарения СПГ без экстракции жидкостей.
Рис. 2 иллюстрирует процесс
Расходный
фракционирования. В этом проСПГ-бак
цессе тепловую энергию подают
Детандер/
в три точки. Первая точка: достакомпрессор
точное количество тепловой энергии подают в поток СПГ перед
СПГ в теплотурбо-детандером с тем, чтобы на
обменник
его выходе образовалась двухфазСырьевой
Метаноотгонная
СПГ
ная смесь, пригодная для фракциколонна
Теплообменник
онирования. Тепло также подают
в боковой ребойлер и в нижний
СПГ
Холодный
ребойлер фракционирующей кона испарисепаратор
тель
лонны. Благодаря низким темпеБоковой
ратурам впускного подогревателя
Рециркуляция жидкости
ребойлер
и бокового ребойлера для этих цетеплоносителя
Нижний
лей годится теплоноситель, раборебойлер
Подача жидкости-теплоносителя
тающий при 10 С. Более высокая
температура теплоносителя потNGL-продукт
ребуется для ребойлера в нижней
части колонны.
В процессе испарения СПГ
Рис. 2. Процесс фракционирования для оптимизации расхода энергии на иcпарение
окружающим воздухом приСПГ и экстракцию NGL
меняют промежуточную жидкость, работающую в диапазоне
3
10–15
С,
для
испарения
СПГ, когда отсутствует инстью 1000 млн ст. фут /сут, находится в пределах
тегрированная установка для отбора NGL. Поэтому
40–60 тыс. л. с. и более, в зависимости от давления
этот процесс испарения вполне применим для фракв распределительном газопроводе.
ционирования.
Поскольку потребление тепла практически одинаИНТЕГРИРОВАННЫЙ ОТБОР NGL И ИСПАРЕНИЕ СПГ
ково (немного меньше 600 млн БТЕ/ч для испарения
Первая в мире крупномасштабная интегрированная
1000 млн ст. фут3/сут СПГ) с отбором/или без отбоустановка отбора NGL/испарения СПГ в настоящее
ра жидкостей, интегрированный процесс испарения
время находится в стадии строительства. На этой уставоздухом (фракционирования) очень гибок. Он позновке будут внедрены патентованный процесс фракволяет использовать жидкость-теплоноситель для поционирования СПГ для NGLR-установки и прогрессивдачи тепла либо на установку для отбора жидкостей,
ная система испарения с использованием окружающелибо на процесс испарения, либо на сочетание того
го воздуха для обеспечения энергии, необходимой для
и другого в зависимости от рабочих условий конъиспарения. Эти процессы были избраны, потому что
юнктуры рынка. Эта гибкость позволяет принимать
они взаимодополняют друг друга и сулят максимальи обрабатывать разные партии СПГ с незначительные экономические и экологические выгоды.
№5 май 2008
83
Copyright ОАО «ЦКБ «БИБКОМ» & ООО «Aгентство Kнига-Cервис»
HYDROCARBON PROCESSING: ПЕРЕРАБОТКА ГАЗА
Гибридное испарение с использованием окружающего воздуха:
производительность 482 млн
БТЕ/ч при 10 С
СПГ
1250 фунт/
дюйм2 , –155 С
Метаноотгонная колонна:
производительность
50 млн БТЕ/ч при 107 С
Интегрированное испарение СПГ
и отбор NGL
Остаточный
газ: 873 млн
ст. фут3/сут
Продукт сжижения
природного газа
2
NGL уровни отбора 1200 фунт/дюйм ,
1,7 С снижение
95 % этана
100 % пропана и более выбросов, загрязняющих
тяжелых компонентов
атмосферу
Рис. 3. Интегрированная система испарения СПГ и отбора NGL
для повышения эффективности использования энергии и достижения оптимального NGL-потока
ными изменениями рабочих параметров установки
для отбора жидкостей. Некоторое дополнительное
количество высокотемпературной тепловой энергии
требуется для ребойлеров в нижней части метаноотгонной и этаноотгонной колонны, но эта тепловая
функция постоянна как для сегрегированных, так и
для интегрированных процессов.
Пожалуй, самым примечательным преимуществом комбинированного процесса является использование энергии на прокачивание вместо сжатия.
В процессе фракционирования нет надобности в
компрессорах для рекомпрессии остатка после дистилляции. Поток СПГ поступает на установку для отбора жидкости под газопроводным давлением. После
фракционирования и реконденсации СПГ прокачивают обратно в газопровод под рабочим давлением.
Этот поток жидкости при температуре около –87 С
поступает в испарители СПГ в процессе использования окружающего воздуха для окончательной регазификации перед подачей в газораспределительную
систему. Для сжатия потока испарившегося продукта, полученного из обычного процесса отбора NGL,
требуется в 13 раз больше энергии, чем на прокачивание в процессе фракционирования. Для установок производительностью 1 млрд фут3/сут с подачей
газа в газораспределительную сеть под давлением
1200 фунт/дюйм2 – экономия энергии составляет
приблизительно 52900 л. с.
Процесс, блок-схема которого показана на рис. 3,
отражает общую интегрированную систему испарения СПГ и экстракцию NGL на установке, находящейся в стадии строительства. Существующая SCVрабочая система будет внедрена на существующем
приемочном СПГ-терминале. В этом конкретном случае СПГ поступает на установку для отбора NGL под
давлением 1500 фунт/дюйм2, где из него отбирают
98,2 % этана и 100 % пропана и более тяжелых компонентов. После реконденсации «тощего» остаточного
газа давление потока снова повышают до 1500 фунт/
дюйм2 и подают в секцию испарения испарительной
системы с использованием окружающего воздуха.
Расход энергии на установке для отбора NGL составляет только 3,4 МВт. Для сравнения, в сегрегирован84
ном процессе отбора NGL на обычной установке расход энергии составил бы приблизительно 46,6 МВт.
ПЕРСПЕКТИВЫ
Интегрированный процесс испарения СПГ/отбора NGL может быть легко внедрен на вновь строящемся или существующем приемочном терминале.
Это экономически выгодный способ испарения СПГ
и отбора продуктов сжижения (NGL) с преимуществом использования энергии, содержащейся в атмосфере, выделяющейся в процессе замораживании
СПГ. Объединенный процесс позволяет владельцу
терминала удовлетворять практически любым требованиям по теплотворной способности газа, направляемого в газораспределительную сеть, при сохранении гибкости в импорте СПГ с широким диапазоном химического состава. Кроме того, владелец
терминала получает дополнительный продуктовый
поток (NGL), причем ценность NGL в качестве химического сырья, как правило, значительно выше, чем
ценность энергии тех же компонентов в потоке природного газа.
Комбинированный процесс испарения-фракционирования, кроме того, значительно снижает вредоносное воздействие установки на окружающую
среду. Во-первых, процесс испарения окружающим
воздухом экстрагирует энергию из атмосферы, а не
сжигает часть СПГ для получения тепловой энергии.
Во-вторых, отпадает необходимость в производстве
азота для разбавления испарившегося СПГ с целью
удовлетворения требованиям спецификаций на теплотворную способность ПГ, направленного в газораспределительную сеть. И, наконец, интегрированный процесс снижает расход энергии на экстракцию
NGL по сравнению с раздельными процессами испарения СПГ и экстракции NGL.
Перевел Г. Липкин
F. Patrick Ross (Ф. Росс), более 40 лет проработал в нефтегазовой промышленности, главным образом в области
переработки ПГ, сжижения ПГ и регазификации СПГ.
Участвовал в разработке и осуществлении многих проектов на руководящих должностях. Выпускник Хьюстонского
университета, имеет ученые степени бакалавра и магистра
в области химических технологий и охраны окружающей
среде. Зарегистрирован как профессиональный инженер
в штате Техас.
Kyle T. Cuellar (К. Куллэр), имеет 20-летний опыт работы
в поисково-разведочных нефтегазовых проектах на руководящих должностях. Специализируется в проектировании криогенных систем сжижения природного газа.
Окончил Техасский A&M университет. Имеет ученую степень бакалавра. Соавтор многих патентованных конструкций и технологий в области криогенной переработки природного газа, производства СПГ и его регазификации.
Susan T. Walther (С. Уолтхер), инженер-технолог с более чем 20-летним опытом работы. Специализируется на
проектах, связанных с испарением СПГ. Мисс Walther с
отличием окончила Техасский A&M университет. Имеет
ученую степень бакалавра в области химических технологий и зарегистрирована как профессиональный инженер
в штате Техас.
№5 май 2008
Документ
Категория
Другое
Просмотров
18
Размер файла
366 Кб
Теги
природного, взаимозаменяемость, совершенствование, газа
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа