Курсовая работа (т): Завод по производству сжиженного газа

Завод по производству сжиженного газа

Введение

Природный газ представляет собой естественную смесь газообразных углеводородов, в составе которой преобладает метан (80-97%). Образуется в недрах земли при медленном анаэробном (без доступа воздуха) разложении органических веществ. Природный газ относится к полезным ископаемым. Часто является попутным газом при добыче нефти. Природный газ в пластовых условиях (условиях залегания в земных недрах) находится в газообразном состоянии - в виде отдельных скоплений (газовые залежи) или в виде газовой шапки нефтегазовых месторождений, либо в растворённом состоянии в нефти или воде. Природный газ существует также в виде естественных газогидратов в океанах и зонах вечной мерзлоты материков. Природные газы состоят преимущественно из предельных углеводородов, но в них встречаются также сероводород, азот, углекислота, водяные пары. Газы, добываемые из чисто газовых месторождений, состоят в основном из метана. Газ и нефть в толще земли заполняют пустоты пористых пород, и при больших их скоплениях целесообразна промышленная разработка и эксплуатация залежей. Давление в пласте зависит от глубины его залегания. Практически через каждые десять метров глубины давление в пласте возрастает на 0,1 МПа (1 кгс/см2). Природный газ является высокоэффективным энергоносителем и ценным химическим сырьем. Он имеет ряд преимуществ по сравнению с другими видами топлива и сырья:

стоимость добычи природного газа значительно ниже, чем других видов топлива;

производительность труда при его добыче выше, чем при добыче нефти и угля;

отсутствие в природных газах оксида углерода предотвращает возможность отравления людей при утечках газа;

при газовом отоплении городов и населенных пунктов гораздо меньше загрязняется воздушный бассейн; - при работе на природном газе обеспечивается возможность автоматизации процессов горения, достигаются высокие КПД;

высокие температуры в процессе горения (более 2000° С) и удельная теплота сгорания позволяют эффективно применять природный газ в качестве энергетического и технологического топлива.

Газ, поступающий из скважин, необходимо подготовить к транспортировке конечному пользователю - химический завод, котельная, ТЭЦ, городские газовые сети. Необходимость подготовки газа вызвана присутствием в нем, кроме целевых компонентов, также и примесей, вызывающих затруднения при транспортировке либо применении. Так, пары воды, содержащейся в газе, при определенных условиях могут образовывать гидраты или, конденсируясь, скапливаться в различных местах (например, изгиб трубопровода), мешая продвижению газа; сероводород вызывает сильную коррозию газового оборудования (трубы, емкости теплообменников и т.д.). Помимо подготовки самого газа, необходимо подготовить и трубопровод. Широкое применение здесь находят азотные установки, которые применяются для создания инертной среды в трубопроводе.

Газ подготавливают по различным схемам. Согласно одной из них, в непосредственной близости от месторождения сооружается установка комплексной подготовки газа (УКПГ), на которой производится очистка и осушка газа в абсорбционных колоннах. Такая схема реализована на российских газопромысловых месторождениях.

Если газ содержит в большом количестве гелий либо сероводород, то газ обрабатывают на газоперерабатывающем заводе, где выделяют гелий и серу. Эта схема реализована, например, на Оренбургском, Астраханском месторождении и будет реализовываться на Ковыктинском месторождении в Восточной Сибири.

В настоящее время основным видом транспорта природного газа является трубопроводный. Газ под давлением 75 и более атмосфер прокачивается по трубам диаметром до 1420 мм. По мере продвижения газа по трубопроводу он теряет кинетическую энергию, преодолевая силы трения как между газом и стенкой трубы, так и между слоями газа, которая рассеивается в виде тепла. Поэтому через определенные промежутки необходимо сооружать компрессорные станции (КС), на которых газ дожимается до 75 атм и охлаждается. Сооружение и обслуживание трубопровода весьма дорогостоящи, но тем не менее - это наиболее дешевый с точки зрения начальных вложений и организации способ транспортировки газа на небольшие и средние расстояния.

Кроме трубопроводного транспорта широко используют специальные танкеры - газовозы. Это специальные суда, на которых газ перевозится в сжиженном состоянии в специализированных изотермических емкостях при температуре 150-160 градусов Цельсия.

Дело в том, что в процессе сжижения природный газ уплотняется примерно в 600 раз. Это его свойство сказывается, прежде всего, на его объеме и условиях транспортировки. С технологической точки зрения становится более удобным процесс хранения газа. К тому же сжиженный газ нетоксичен и может храниться в специальных емкостях с теплоизоляцией при температуре минус 161 градус по Цельсию.

Таким образом, для транспортировки газа этим способом необходимо протянуть газопровод от месторождения до ближайшего морского побережья, построить на берегу терминал, который значительно дешевле обычного порта, для сжижения газа и закачки его на танкеры, и сами танкеры. Обычная вместимость современных танкеров составляет порядка от 150.000 до 250.000 м3.

Такой метод транспортировки является значительно более экономичным, чем трубопроводный, начиная с проектов, когда расстояние до потребителя сжиженного газа превышает 2000 - 3000 км (поскольку основную стоимость составляет не транспортировка, а погрузочно-разгрузочные работы), но требует более высоких начальных вложений в инфраструктуру, чем трубопроводный. К его достоинствам относится также тот факт, что сжиженный газ куда более безопасен при перевозке и хранении, чем сжатый.

Чистый СПГ не горит, сам по себе не воспламеняем и не взрывается, плавает на поверхности воды не смешиваясь с ней. На открытом пространстве при нормальной температуре СПГ возвращается в газообразное состояние и быстро растворяется в воздухе. Для использования СПГ подвергается регазификации - испарению без присутствия воздуха.

1. Сжиженный природный газ (СПГ)

Природный газ, охлажденный после очистки от примесей до температуры конденсации(-161,5 °С), превращается в жидкость, называемую сжиженным природным газом (СПГ). Объем газа при сжижении уменьшается в 600 раз, что является одним из основных преимуществ этой технологии.

1.1 Свойства СПГ

Сжиженный природный газ (СПГ) это уникальный по своим энергетическим и экологическим свойствам продукт, который может стать основой гибкой коммерческой системы доставки природного газа на любые объекты его использования, расположенные на значительном расстоянии от магистральных газопроводов куда невозможно или экономически невыгодно тянуть газопровод.

Сжиженный природный газ представляет собой криогенную жидкость, являющуюся смесью углеводородов ряда С 1 …С 10 и азота с преобладающей долей метана (0,85…0,99).

Он получается из природного газа методом охлаждения его до криогенных температур: -160…-130 0 С. Температура кипения при атмосферном давлении:

162… - 160 0 С.

При переводе СПГ в газообразное состояние (газификации) его свойства соответствуют свойствам природного газа по ГОСТ 5542-87.

Плотность СПГ зависит от давления и компонентного состава и может находиться в диапазоне от 370 до 430 кг/м 3 , среднее значение плотности составляет 390 кг/м 3 . При газификации при давлении близком к атмосферному из одного объема СПГ образуется около шестисот объемов природного газа. (1м3 СПГ - 600 м 3 природного газа).

Пожаро-взрывоопасная концентрация газифицированного СПГ в воздухе при 0 0 С и 0,1013 МПа составляет от 5 до 15 объемных процентов (по метану), для газа конкретного состава концентрационные пределы воспламенения определяются в соответствии с ГОСТ 12.1.044-89.

Минимальная температура воспламенения смеси воздуха с газифицированным СПГ в зависимости от его состава составляет 450…600 0 С.

Физико-химические свойства и компонентный состав СПГ соответствуют требованиям и нормам ТУ 51-03-03-85 (таблица 1):

Таблица 1

1.2 Общие сведения о процессах сжижения газа

В типичной ситуации имеют сырой природный газ высокого давления при температуре окружающей среды. Сжижение газа производится в серии теплообменников (испарителей холодильных машин), которые обеспечивают последовательное охлаждение, полное сжижение и некоторое переохлаждение. Очистка и фракционирование реализуются, как и основная доля охлаждения, под высоким давлением.

Холод производится одним или несколькими холодильными циклами, позволяющими снизить температуру до -160°С. Количество необходимого холода рассчитывается по энтальпийным диаграммам для природного газа.

Энтальпия природного газа (диаграмма давление-энтальпия для метана) файл 1 (приложения).

Сжижение завершается однократной сепарацией (изоэнтальпийное расширение после регулируемого штуцера) для снижения давления сжиженного газа до атмосферного.

Выбор холодильных циклов связан с термодинамическими и экономическими соображениями, а также с развитием техники (конструкция и максимальные размеры оборудования, расчет процесса на ЭВМ).

Установки сжижения являются большими потребителями энергии. Эта энергия обычно производится за счет потребления части сжижаемого газа (в тепловом эквиваленте около 12%). На практике в режиме нормальной работы в общем случае используются вместо сырого газа один или несколько производных продуктов, получаемых обязательно при фракционировании (С5+, газ сепарации - СН4+ N2 и т.п.).

Эти производные продукты по количеству и качеству подбираются исходя из состава сырого газа, из выбора коммерциализуемых продуктов фракционирования (т.е. реализуемых на рынке).

Величины температуры и давления, при которых должно происходить фракционирование, важны с точки зрения выбора процесса сжижения.

1.3 Преимущества СПГ

При применении в топливно-энергетическом комплексе и коммунальном хозяйстве - возможность газификации объектов, удаленных от магистральных трубопроводов на значительные расстояния, а также все преимущества использования природного газа:

• высокая теплота сгорания;

• максимально возможный КПД котлоагрегатов;

• возможность полной автоматизации;

• полное сгорание топлива, отсутствие серы, что значительно удлиняет срок службы котла.

При использовании на транспорте:

• высокая энергоемкость и большое октановое число;

• компактное хранение;

При замене других видов топлива и при решении экологических проблем - низкое содержание вредных веществ в продуктах сгорания, которое в несколько раз ниже по сравнению с жидкими и твердыми ископаемыми топливами, что позволяет резко снизить вред, наносимый окружающей среде.

.4 Технологии производства сжиженного природного газа

СПГ производится на так называемых ожижительных установках (заводах), после чего может быть перевезен в специальных криогенных емкостях - морских танкерах или цистернах для сухопутного транспорта. Это позволяет доставлять газ в те районы, которые находятся далеко от магистральных газопроводов, традиционно используемых для транспортировки обычного природного газа.

Природный газ в сжиженном виде долго хранится, что позволяет создавать запасы. Перед поставкой непосредственно потребителю СПГ возвращают в первоначальное газообразное состояние на регазификационных терминалах.

Первые попытки сжижать природный газ в промышленных целях относятся к началу XX века. В 1917 году в США был получен первый СПГ, но развитие трубопроводных систем доставки надолго отложило совершенствование этой технологии. В 1941 году была совершена следующая попытка произвести СПГ, но промышленных масштабов производство достигло только с середины 1960-х годов.

Холодильный цикл и технологическая схема установки сжижения выбираются в зависимости от назначения установки и её производительности, состава сжижаемого ПГ и его давления, требований, предъявляемых к продукции. На выбор технологической схемы влияет также возможность применения того или иного типа оборудования.

Важнейшим показателем термодинамического совершенства цикла является величина удельного энергопотребления. От нее напрямую зависят расходуемая и установленная мощность компрессорного оборудования, масса и габариты теплообменных аппаратов, а следовательно, капиталовложения и эксплуатационные затраты в эти установки.

В современных установках сжижения природного газа применяются технологические схемы, основанные на следующих основных циклах:

• холодильные циклы с дросселированием различных модификаций;

• детандерные холодильные циклы;

• каскадные холодильные циклы с чистыми хладагентами (классические каскадные циклы);

Часто в схемах сжижения используются различные комбинации, включающие элементы перечисленных выше циклов. Особое внимание, при выборе вариантов, уделяется, как правило, дроссельным циклам, учитывая их простоту и надежность.

Для правильного выбора объектов для создания производства СПГ служат следующие критерии:

• Характеристика имеющегося оборудования и оценка возможности его использования на создающемся комплексе по производству и хранению СПГ.

• Наличие коммуникаций: электричество, вода, линии телефонной связи; подвод газа;

• Наличие безопасных расстояний от места предполагаемого расположения оборудования до технологических блоков, зданий и сооружений;

• Наличие дорог и подъездных путей для авто, ж/д. или морского транспорта.

• Расстояние от объектов производства СПГ до объектов его потребления.

• Наличие источников газа, значения его следующих технологических параметров и их сезонные колебания:

• Расход;

• Давление;

• Температура;

• Компонентный состав;

• Влажность.

В России строительство первого завода СПГ началось в 2006 году в рамках проекта «Сахалин-2». Входя в этот проект, «Газпром» сделал еще один шаг для реализации своей стратегической цели - стать лидером среди глобальных энергетических компаний посредством освоения новых рынков, диверсификации видов деятельности, обеспечения надежности поставок. Строительство завода СПГ с этой точки зрения является особенно важным, так как позволит расширить географию деятельности «Газпрома» и выйти на мировой рынок СПГ. Торжественное открытие завода состоялось зимой 2009 года.

1.5 Обзор мирового производства СПГ

На июнь 2008 года в мире насчитывалось 80 технологических линий по сжижению природного газа, которые располагались на 19 объектах в 15 странах, с общей производительностью сжижения на уровне 194 млн. тонн в год.

В 2006 году в эксплуатацию были сданы четыре технологических линии по производству СПГ: первая технологическая линия СПГ проекта Darwin (Австралия), четвертая и пятая технологические линии Nigerian LNG (Нигерия), четвертая технологическая линия проекта Atlantic LNG (Тринидад и Тобаго).