Регазификация: принцип и технологический расчет

Регазификация СПГ обычно производится в теплообменниках, где СПГ подогревается горячим теплоносителем и которые рассчитываются исходя из расхода СПГ, который необходимо регазифицировать, и температуры и давления, требуемых в газораспределительной системе.

В метановом терминале наиболее часто в качестве теплоносителя используется морская вода, а теплообменники типа «регазификатор с орошением» (морская вода стекает вдоль вертикальных трубок, в которых СПГ циркулирует под давлением и постепенно испаряется снизу вверх в этих трубках).

Необходимость корректировки параметров природного регазифицированного газа в соответствии с условиями распределительной сети, в которую он поступает, и возможность рекуперации холода СПГ являются двумя критериями, которые благодаря их комбинации позволяют сооружать различные установки регазификации как с точки зрения способа регазификации, так и с точки зрения используемых теплообменников.

Корректировка параметров распределяемого газа

Независимо от необходимости согласования давления и температуры на выходе из регазификаторов с давлением и температурой в газораспределительной сети, качество газа также должно быть соответствующим образом отрегулировано.

Для этого могут быть использованы различные способы как до, так и после регазификации:

  • обеднение закачкой жидкого азота в СПГ, закачкой воздуха или извлечением тяжелых углеводородов после регазификации;
  • обогащение закачкой пропан-бутановой фракции после регазификации.

Рекуперация холода из СПГ

Диаграмма энтальпия-температура при давлении 9 МПаПо соображениям рационализации производства и экономии энергии в процессе регазификации можно рассмотреть различные способы утилизации холода СПГ в потребляющих холод отраслях промышленности вместо того, чтобы просто выпускать его в окружающую среду.

Анализ энтальпийной диаграммы одного из СПГ при данном давлении позволяет оценить количество тепла, необходимого для его разогрева, или наоборот, количество холода, которое он может отдать.

Характеристики различных СПГ
CH4 СПГ1 СПГ2 СПГ3
Состав, ммоль % Азот N2 0,00 0,20 0,30 1,40
Метан C1 100 96,60 91,125 36,40
Этан C2 0,00 3,20 5,35 8,50
Пропан C3 0,00 0,00 1,50 2,30
Изобутан IC4 0,00 0,00 0,26 0,33
n-бутан nC4 0,00 0,00 0,35 0,52
Пентан C5+ 0,00 0,00 0,115 0,00
Объемная масса, кг · м-3 430,5 454,3 473,2

Количество холода зависит от состава СПГ, его давления и температуры, при которых снимается холод. Это количество: больше при низком, чем при высоком давлении; при данном давлении зависит от уровня температуры; изменение энтальпии СПГ в зависимости от температуры нелинейно.

Холод, заключенный в СПГ, может быть использован для охлаждения другого тела непосредственно теплопередачей. Эта отдача тепла может быть напрямую оценена по изменению энтальпии СПГ. Доля холода от заключенного в СПГ общего его количества, которая может быть рекуперирована на трех температурных уровнях, показана в нижеследующей таблице:

Пределы изменения температуры СПГ, °С Доля холода, которая может быть рекуперирована теплопередачей при давлении 9,0 МПа, %
–150 … –100 24
–100 … –50 34-42
–50 … 0 33-42

С другой стороны, холод, заключенный в СПГ, может быть превращен в работу в термодинамическом цикле с двумя изотермами между температурой холодного источника, которым является СПГ, и температурой горячего источника. Максимальное значение рекуперируемой работы может быть рассчитано, принимая в качестве горячего источника окружающую среду с температурой 25°С, что идеально подходит для температуры СПГ, исходя из второго начала термодинамики:

dW = dQ (1 – T0/T), где

T – температура СПГ (T < T0);

dQ – теплота, переданная в цикле;

dW < 0, так как вырабатывается в цикле, по абсолютному значению

R = dW/dQ = T0/T – 1

Эффективность R превращения холода СПГ в работу уменьшается с увеличением температуры СПГ и, следовательно, это превращение более рентабельно для СПГ на самом низком температурном уровне.

Пределы изменения температуры СПГ, °С Доля от общего количества холода СПГ, рекуперируемая превращением холода в работу при давлении 9,0 МПа, %
–150 … –100 48
–100 … –50 33-38
–50 … 0 14-18

В заключение отметим, что при очень низких температурах количество располагаемого холода не очень значительно (1/4 располагаемого количества между –150°С и –100°С), но позволяет получить большую часть полной работы, которая может быть рекуперирована (1/2) (Р = 9,0 МПа).

Имеются способы утилизации холода СПГ по каждому из таких двух путей – теплопередачей или преобразованием в работу, которые являются внутренними или внешними по отношению к собственно регазификации СПГ.

Работа, эквивалентная одной фригории, в зависимости от температуры Работа, эквивалентная одной фригории (единицы холода),
в зависимости от температуры.

Источник: «Энциклопедия газовой промышленности» (1994)