- 沼氣液化制取生物質(zhì)LNG技術(shù)
- 周淑霞
- 1898字
- 2021-12-30 14:40:15
1.3.3 沼氣液化研究現(xiàn)狀
大中型沼氣池產(chǎn)量高,沼氣利用率也高,否則會(huì)造成沼氣的浪費(fèi)。利用液化技術(shù)將沼氣液化生成生物質(zhì)LNG,作為城市車用燃料或沒有天然氣管網(wǎng)的生活用氣,是實(shí)現(xiàn)沼氣有效利用的重要方式之一,且生物質(zhì)LNG所攜帶的低溫冷量,可冷藏、冷凍、低溫儲(chǔ)存食品等。
根據(jù)制冷方式,液化流程可分為:級(jí)聯(lián)式液化流程、混合制冷劑液化流程及膨脹機(jī)液化流程,流程的制冷方式、使用特點(diǎn)不相同。
(1)級(jí)聯(lián)式液化流程
級(jí)聯(lián)式液化流程的熱量傳遞是由溫度較低的循環(huán)將熱量轉(zhuǎn)移給相鄰的較高溫度級(jí)循環(huán)。中原油田建的國內(nèi)LNG工廠,采用丙烷、乙烯為制冷劑的級(jí)聯(lián)式循環(huán),天然氣出口壓力為1.2MPa,處理量為15萬立方米/天,如圖1-4所示。
由圖1-4可見,級(jí)聯(lián)式液化流程由三級(jí)獨(dú)立的制冷循環(huán)組成:1個(gè)乙烯制冷循環(huán),2個(gè)丙烷制冷循環(huán)。天然氣經(jīng)過分液罐1、過濾器2、脫二氧化碳塔3、干燥器4凈化以后,通過換熱器5、6降溫,在高壓天然氣分離器8中氣液分離,進(jìn)入乙烯換熱器9進(jìn)行換熱,經(jīng)過中壓LNG換熱器10及中壓天然氣分離器12,再經(jīng)過低壓LNG換熱器13及低壓天然氣分離器15,進(jìn)入LNG儲(chǔ)槽16。
每一級(jí)制冷循環(huán)都是獨(dú)立的,都需要節(jié)流、增壓、降溫,配備壓縮機(jī)和水冷卻器,因此投資成本高,管道與控制系統(tǒng)復(fù)雜,維護(hù)較麻煩。級(jí)聯(lián)式液化流程的突出特點(diǎn)是設(shè)備多、流程復(fù)雜、初期投資大。
(2)混合制冷劑液化流程
混合制冷劑液化流程(mixed refrigerant cycle,MRC)是以C1~C5烴類化合物及N2等五種或五種以上的多組分混合制冷劑作為工質(zhì),進(jìn)行逐級(jí)冷凝、節(jié)流、膨脹、蒸發(fā),得到不同溫度的制冷量,達(dá)到逐步冷卻、液化目的。混合制冷劑液化流程如圖1-5所示。

圖1-4 級(jí)聯(lián)式液化天然氣流程示意圖
1—分液罐;2—過濾器;3—脫二氧化碳塔;4—干燥器;5—中壓丙烷換熱器;6—低壓丙烷換熱器;7,11,14—節(jié)流閥;8—高壓天然氣分離器;9—乙烯換熱器;10—中壓LNG換熱器;12—中壓天然氣分離器;13—低壓LNG換熱器;15—低壓天然氣分離器;16—LNG儲(chǔ)槽

圖1-5 混合制冷劑液化天然氣流程
如圖1-5所示,混合制冷液化流程采用了三個(gè)換熱器,經(jīng)過三級(jí)換熱,每級(jí)換熱后,由氣液分離器進(jìn)行分離。此混合制冷劑流程比級(jí)聯(lián)式液化流程所用壓縮機(jī)少,能耗相應(yīng)地降低;設(shè)備少,投資費(fèi)用低;混合制冷劑組分從天然氣提取、補(bǔ)充,存在的問題是,混合制冷劑的合理配比較為困難,且制冷劑的配比對(duì)能耗影響較大,流程模擬必須有各組分可靠的平衡數(shù)據(jù)與物性參數(shù),計(jì)算困難。
以上分析可以看出,混合制冷劑液化流程由于具有設(shè)備少、流程簡單等優(yōu)點(diǎn),通過合理的流程設(shè)計(jì),可使其能耗指標(biāo)顯著降低。
(3)膨脹機(jī)液化流程
由圖1-6可見,氣波制冷機(jī)、透平膨脹聯(lián)合低溫制冷,天然氣經(jīng)氨蒸發(fā)器1、第二預(yù)冷器2后,部分氣體由氣波制冷機(jī)6、透平膨脹機(jī)7膨脹降溫,由混合器與返流氣混合,為第三預(yù)冷器3、第二預(yù)冷器2、第一預(yù)冷器10提供冷量;部分氣體由第三預(yù)冷器3、深冷換熱器4冷卻、節(jié)流,進(jìn)入氣液分離器5分離,液體流入LNG儲(chǔ)罐15。

圖1-6 膨脹機(jī)液化過程工藝流程
1—氨蒸發(fā)器;2—第二預(yù)冷器;3—第三預(yù)冷器;4—深冷換熱器;5—?dú)庖悍蛛x器;6—?dú)獠ㄖ评錂C(jī);7—透平膨脹機(jī);8,12,14—循環(huán)壓縮機(jī);9,11,13—水冷卻器;10—第一預(yù)冷器;15—LNG儲(chǔ)罐
膨脹機(jī)優(yōu)點(diǎn)是具有較高的等熵效率、膨脹功可回收,因此應(yīng)用較多。多采用甲烷、氮?dú)饣旌现评洹5獨(dú)狻⒓淄閱为?dú)作制冷劑時(shí),氮?dú)馀蛎浺夯鞒探Y(jié)構(gòu)簡單,但能耗較大。天然氣膨脹劑目前在天然氣行業(yè)開始研究,利用甲烷、氮?dú)饣旌现评鋭┦茄芯康臒狳c(diǎn)問題,兩者之間合理配比對(duì)能耗的影響較大。
撬裝式液化裝置具有尺寸小、設(shè)備易移動(dòng)、易安裝等優(yōu)點(diǎn),開發(fā)小型的撬裝式沼氣液化設(shè)備,對(duì)沼氣的開發(fā)、利用有較高的使用價(jià)值及重要意義。美國、加拿大、芬蘭等國家正在開展小型LNG裝置研究,我國對(duì)天然氣液化裝置和沼氣液化裝置也開展了一定的研究。上海交通大學(xué)、浙江大學(xué)、哈爾濱工業(yè)大學(xué)等進(jìn)行了小型LNG液化設(shè)備的模擬和實(shí)驗(yàn)研究,上海交通大學(xué)LNG課題組對(duì)天然氣液化進(jìn)行系統(tǒng)模擬,系統(tǒng)分析了天然氣液化流程的換熱器溫度分布情況。Kountz K等研究了小型天然氣液化問題。北京開展了填埋沼氣制取液化天然氣LNG工程,利用天然氣液化技術(shù)處理填埋沼氣的工程,日處理量為1000m3/h,入口氣壓力0.5~0.6MPa,原料氣中甲烷含量大于90%。
沼氣與天然氣均是以甲烷氣體為主要成分的混合氣體,沼氣純化后提高了甲烷的含量,成為可替代天然氣的可再生能源。目前,在天然氣領(lǐng)域,開展了小型液化裝置研究開發(fā)工作。設(shè)計(jì)開發(fā)小型液化裝置將沼氣集中液化制取生物質(zhì)LNG,由儲(chǔ)氣罐裝運(yùn)和輸送,是沼氣用作車用燃料的主要途徑之一。
考慮到沼氣產(chǎn)氣量小、氣源受溫度和原料影響較大等因素,設(shè)計(jì)了小型沼氣液化流程,從設(shè)備、能耗、換熱器的冷能損失方面確定流程的優(yōu)劣。
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