Технология переработки природного газа и конденсата - Афанасьев А.И.
ISBN 5-8365-0107-6
Скачать (прямая ссылка):
158
^2M
Рис. 3.15. Схема использования эффекта Джоуля - Томсоиа При разделении (сжижении) природного газа
Холодопроизводительность цикла на рис. 3.15 равна: Q2 = Hl-H3, (3.137)
где Я,' - энтальпия газа, по количеству и составу соответствующего точке 3, а по температуре и давлению - точке /.
3.3.2. ДРОССЕЛЬНЫЕ ХОЛОДИЛЬНЫЕ ЦИКЛЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ИСПАРЕНИИ ЖИДКОСТИ
Принцип охлаждения основан на разнице температуры кипения вещества при разных давлениях.
Отвод тепла от конденсируемого хладоагента производится при высоком давлении на высоком температурном уровне, а подвод - при его испарении под низким давлением.
Принципиальная технологическая схема одноступенчатой холодильной установки, использующей испарение холодильного агента, приведена на рис. 3.16. Сжатый хладоагент конденсируется в водяном или воздушном теплообменнике и поступает в емкость, переохлаждается в змеевике частью сдроссели-рованного хладоагента, затем дросселируется и поступает в испаритель, где производится охлаждение какого-либо вещества.
Холодопроизводительность такого цикла, так же как и предыдущих, определяется разностью энтальпий потоков в точках 1 и 3. Часто эти циклы имеют две или три ступени охлаждения и сжатия.
Циклы, основанные на испарении жидкости, часто используются для предварительного охлаждения в циклах, использующих эффект Джоуля - Томсона или изоэнтропийное расширение.
Для получения низких температур может быть использован каскадный холодильный цикл, который состоит из нескольких
159
1
Рис. 3.16. Схема одноступенчатой холодильной установки, основанной на испарении ходильного агента
циклов, изображенных на рис. 3.16, с разными веществами в качестве хладоагентов. В первом цикле хладоагентом обычно является пропан или аммиак. Во втором - этилен (этан), который конденсируется в пропановом испарителе. Этилен, испаряясь при 173 К, конденсирует в третьем цикле метан, и так далее.
Каскадные холодильные циклы являются довольно эффективными с точки зрения затрат энергии, однако они требуют большого количества оборудования и высоких капитальных и эксплуатационных затрат.
3.3.3. ЦИКЛЫ, ОСНОВАННЫЕ НА ИСПОЛЬЗОВАНИИ ИЗОЭНТРОПИЙНОГО РАСШИРЕНИЯ ГАЗА
Изоэнтропийное (адиабатное) расширение газа является процессом с отводом работы на сторону при отсутствии теплообмена. Близкий к изоэнтропийному процесс осуществляется в детандерах. Отклонение от изоэнтропийного процесса характеризуется так называемым адиабатическим к.п.д.:
Лад =-^4 (3.38)
где ДЯД - изменение энтальпии в действительном процессе в детандере; ДЯад - изменение энтальпии в изоэнтропийном процессе.
В современных турбодетандерах лад достигает 0,85+0,87.
Один из вариантов технологической схемы с детандером приведен на рис. 3.17. В данной схеме работа, получаемая при расширении газа в турбодетандере, передается турбокомпрес-
160
Рис. 3.17. Схема холодильного цикла с турбодетандером
сору, находящемуся на одном валу с турбодетандером (турбо-детандерный агрегат), сжимающему газ низкого давления. Холодопроизводительность такого цикла равна
Q2 = Hl - H, + ДЯМ, ' (3 139)
где Д#тд - разность энтальпий потока на входе и выходе Турбо детандера.
Из уравнения (3.139) следует, что холодопроизводительность детандерного цикла выше, чем у дроссельного на АН1Л.
Кроме того, затраты работы в детандерном цикле ниже на величину, вырабатываемую турбодетандером.
Для предварительного охлаждения газа в циклах с дросселированием или с детандерами часто используются циклы с испарением жидкости (чаще всего пропановые).
Затраты энергии в холодильных циклах, использующих эффект Джоуля - Томсона или изоэнтропийное расширение перерабатываемого газа, значительно зависят от давления сырьевого газа и давления отбензиненного (товарного) газа.
В ряде случаев давление сырьевого газа достаточно высокое и его не требуется сжимать перед подачей на переработку, но товарный газ требуется дожимать для подачи в магистральный газопровод. В этом случае затрачиваемая работа будет зависеть от перепада давлений в дожимном компрессоре, а отвод тепла в окружающую среду (Q1) будет производиться в концевом (после компрессора) холодильнике.
В случаях, когда имеется свободный перепад давлений между сырьевым и товарным газом (не требуется дожатие последнего, так как он используется в близлежащем регионе), применение турбодетандерных и дроссельных циклов наиболее эффективно.
іш-іжшщі^ .'¦»» .* .\.л .л»» ,і :ч*»у1 о1 ' f"
¦ <>І!тт і I'' >til< .J1M 'Oft _. 'С .і'
11 -2364
3.3.4. ХОЛОДИЛЬНЫЙ цикл 4 НА МНОГОКОМПОНЕНТНОМ ХОЛОДИЛЬНОМ АГЕНТЕ
В последние 15-20 лет для сжижения природного газа получил применение холодильный цикл на многокомпонентном холодильном агенте.
Принцип охлаждения такой же, как при испарении индивидуальных веществ, отличие в переменной температуре кипения
Холодопроизводительность данного цикла определяется по уравнению (3 136).
Затраты энергии в холодильных циклах на смешанном холодильном агенте примерно такие же, как и в каскадном холодильном цикле, но он отличается от последнего простотой, значительно меньшим количеством оборудования (один компрессор) и соответственно меньшими капитальными вложениями.
