एलएनजी उत्पादन प्रक्रिया

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1. प्राकृतिक गैस द्रवीकरण प्रक्रिया का वर्गीकरण

वर्तमान में, प्राकृतिक गैस द्रवीकरण प्रक्रियाओं के प्रकार मुख्य रूप से उनके कार्यों और प्रशीतन विधियों के आधार पर विभाजित हैं।

(1) उनके कार्यों के अनुसार, उन्हें बुनियादी लोड द्रवीकरण इकाइयों और पीक-शेविंग द्रवीकरण इकाइयों में विभाजित किया जा सकता है। छोटे पैमाने पर एलएनजी इकाइयां पीक-शेविंग द्रवीकरण इकाइयों से संबंधित हैं।

(2) प्रशीतन विधि के अनुसार, इसे विभाजित किया जा सकता है: (1) कैस्केड द्रवीकरण प्रक्रिया; (2) मिश्रित सर्द द्रवीकरण प्रक्रिया, जिसमें बंद, खुला, प्रोपेन प्रीकोलिंग, सीआईआई, आदि शामिल हैं; (3) विस्तारक के साथ द्रवीकरण प्रक्रिया, जिसमें प्राकृतिक गैस विस्तार, नाइट्रोजन विस्तार, नाइट्रोजन-मीथेन विस्तार आदि शामिल हैं।

हालांकि, उपर्युक्त विभाजन सख्त नहीं है, और एक समग्र प्रक्रिया को आमतौर पर अपनाया जाता है जिसमें ऊपर वर्णित विभिन्न द्रवीकरण प्रक्रियाओं के कुछ हिस्सों के विभिन्न संयोजन शामिल होते हैं, और प्रत्येक विधि में कई प्रकार होते हैं।

2. प्राकृतिक गैस द्रवीकरण संयंत्रों के प्रकार और संरचना

प्राकृतिक गैस द्रवीकरण इकाइयों के प्रकारों में मुख्य रूप से बेस लोड द्रवीकरण इकाइयां, पीक-शेविंग द्रवीकरण इकाइयां, फ्लोटिंग एलएनजी उत्पादन भंडारण और अनलोडिंग इकाइयां और एलएनजी प्राप्त करने वाली टर्मिनल शामिल हैं, और उनकी परिभाषाएं निम्नानुसार हैं।

(1) मूल लोड द्रवीकरण संयंत्र: स्थानीय उपयोग या बाहरी परिवहन के लिए उत्पादित बड़े पैमाने पर द्रवीकरण संयंत्र को संदर्भित करता है।

(2) पीक-शेविंग द्रवीकरण उपकरण: पीक-शेविंग लोड के लिए या सर्दियों के ईंधन की आपूर्ति के पूरक के लिए एक प्राकृतिक गैस द्रवीकरण उपकरण को संदर्भित करता है, आमतौर पर कम-पीक लोड के दौरान अतिरिक्त प्राकृतिक गैस को तरलीकृत और संग्रहीत करता है और चोटी या आपातकालीन स्थितियों में उपयोग के लिए पुन: वाष्पीकरण करता है।

(3) फ्लोटिंग एलएनजी उत्पादन, भंडारण और अनलोडिंग डिवाइस: यह सीमांत गैस क्षेत्रों और अपतटीय गैस क्षेत्रों में एक नए प्रकार का प्राकृतिक गैस द्रवीकरण उपकरण है। यह कम निवेश, लघु निर्माण अवधि और आसान विध्वंस के अपने फायदों के लिए इष्ट है।

(4) एलएनजी प्राप्त टर्मिनल: उस उपकरण को संदर्भित करता है जो मूल लोड प्राकृतिक गैस द्रवीकरण डिवाइस से एलएनजी वाहक द्वारा परिवहन किए गए एलएनजी को प्राप्त करता है, आमतौर पर एलएनजी टैंक टॉप फोड़ा-ऑफ गैस बीओजी (उबाल ें ऑफ गैस) के लिए द्रवीकरण वसूली प्रणाली से लैस होता है।

प्राकृतिक गैस द्रवीकरण संयंत्र आम तौर पर प्राकृतिक गैस प्रीट्रेटमेंट प्रक्रिया, द्रवीकरण प्रक्रिया, भंडारण प्रणाली, नियंत्रण प्रणाली और अग्नि सुरक्षा प्रणाली से बना होता है, जिसके बीच द्रवीकरण प्रक्रिया प्राकृतिक गैस द्रवीकरण संयंत्र का मुख्य हिस्सा है। बड़े पैमाने पर एलएनजी संयंत्रों में आम तौर पर प्राकृतिक गैस द्रवीकरण संयंत्रों के कई सेट शामिल होते हैं, और द्रवीकरण संयंत्रों के प्रत्येक सेट में कई उत्पादन लाइनें हो सकती हैं। विभिन्न द्रवीकरण इकाइयों के विभिन्न उत्पादन उद्देश्यों के कारण, उनकी विशिष्ट रचनाओं में स्वाभाविक रूप से बड़े अंतर हैं।

3. एलएनजी प्रशीतन विधि

तथाकथित प्रशीतन कम तापमान (परिवेश के तापमान से नीचे) तकनीक बनाने के लिए कृत्रिम तरीकों के उपयोग को संदर्भित करता है। प्रशीतन विधियों में मुख्य रूप से निम्नलिखित तीन शामिल हैं।

(1) प्रशीतन को प्राप्त करने के लिए सामग्री चरण संक्रमण (जैसे पिघलने, वाष्पीकरण, उच्च बनाने की क्रिया) के एंडोथर्मिक प्रभाव का उपयोग करें। तथाकथित वाष्प प्रशीतन प्राप्त करने के लिए तरल वाष्पीकरण के उपयोग को संदर्भित करता है। वाष्प प्रशीतन को तीन प्रकारों में विभाजित किया जा सकता है: वाष्प संपीड़न (यांत्रिक संपीड़न), वाष्प इंजेक्शन और अवशोषण। वर्तमान में, वाष्प संपीड़न प्रशीतन का उपयोग ज्यादातर किया जाता है।

(2) प्रशीतन प्राप्त करने के लिए गैस विस्तार के शीतलन प्रभाव का उपयोग करें। गैस विस्तार प्रशीतन वर्तमान में व्यापक रूप से टरबाइन विस्तार प्रशीतन का उपयोग करता है, और थ्रॉटल वाल्व प्रशीतन और गर्मी विभाजक प्रशीतन का भी उपयोग करता है।

(3) प्रशीतन प्राप्त करने के लिए अर्धचालकों के थर्मोइलेक्ट्रिक प्रभाव का उपयोग करें।

प्राकृतिक गैस द्रवीकरण प्रक्रिया में, प्रशीतन प्राप्त करने के लिए तरल वाष्पीकरण और गैस विस्तार का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है। थ्रॉटलिंग प्रशीतन में उपयोग करने के लिए उच्च पर्याप्त दबाव ऊर्जा होनी चाहिए, और दक्षता कम है। यह आम तौर पर उन स्थितियों में उपयोग किया जाता है जहां कच्ची गैस का दबाव अधिक होता है और आवश्यक द्रवीकरण की मात्रा छोटी होती है।

4. सामान्य प्राकृतिक गैस द्रवीकरण प्रक्रिया

विभिन्न द्रवीकरण प्रक्रियाओं में अलग-अलग प्रशीतन विधियां होती हैं। प्राकृतिक गैस द्रवीकरण प्रक्रिया में, आम प्राकृतिक गैस द्रवीकरण प्रक्रिया में मुख्य रूप से कैस्केड द्रवीकरण प्रक्रिया, मिश्रित सर्द द्रवीकरण प्रक्रिया और विस्तारक के साथ द्रवीकरण प्रक्रिया शामिल है, और उनके प्रशीतन विधियां निम्नानुसार हैं।

(1) कैस्केड द्रवीकरण प्रक्रिया

इसमें विभिन्न तापमानों पर संचालित कई अतिव्यापी प्रशीतन चक्र होते हैं, जिसमें उच्च, मध्यम और निम्न तापमान वाले हिस्से क्रमशः उच्च, मध्यम और निम्न तापमान रेफ्रिजरेंट का उपयोग करते हैं। उच्च तापमान वाले हिस्से में सर्द के वाष्पीकरण का उपयोग कम तापमान वाले हिस्से में सर्द को संघनित करने के लिए किया जाता है, और कम तापमान वाले हिस्से में सर्द को शीतलन क्षमता को आउटपुट करने के लिए फिर से वाष्पित किया जाता है, और ये भाग कई बाष्पीकरणीय कंडेनसर से जुड़े होते हैं। बाष्पीकरणीय कंडेनसर उच्च तापमान वाले भाग का बाष्पीकरणकर्ता और कम तापमान वाले भाग का कंडेनसर दोनों है। प्राकृतिक गैस के लिए

द्रवीकरण के लिए, प्रोपेन, एथिलीन और मीथेन के साथ रेफ्रिजरेंट्स के रूप में एक तीन-चरण कैस्केड प्रशीतन चक्र का ज्यादातर उपयोग किया जाता है।

(2) मिश्रित सर्द द्रवीकरण प्रक्रिया

यह प्रक्रिया 1960 के दशक के अंत में कैस्केड प्रशीतन प्रक्रिया से विकसित हुई थी। हाइड्रोकार्बन मिश्रण (N2, C1, C2, C3, C4, C5) ज्यादातर कैस्केड प्रशीतन प्रक्रिया में कई शुद्ध घटकों को बदलने के लिए रेफ्रिजरेंट के रूप में उपयोग किए जाते हैं, और संरचना फ़ीड गैस की संरचना और दबाव के अनुसार निर्धारित की जाती है। बहु-घटक मिश्रण में भारी घटकों की विशेषताओं का लाभ उठाते हुए पहले संघनित और बाद में संघनित प्रकाश घटकों, विभिन्न तापमान स्तरों की शीतलन क्षमता को क्रमिक रूप से संघनित, अलग, थ्रॉटलिंग और वाष्पीकरण द्वारा प्राप्त किया जा सकता है, और क्या मिश्रित रेफ्रिजरेंट को कच्चे प्राकृतिक गैस के साथ मिलाया जाता है, दो प्रकार की मिश्रित प्रशीतन प्रक्रियाएं हैं: बंद और खुला।

(3) विस्तारक के साथ द्रवीकरण प्रक्रिया

विस्तार प्रशीतन चक्र ज्यादातर रिवर्स-ब्रेटन चक्र को अपनाता है। इस चक्र में, काम करने वाले तरल पदार्थ को कंप्रेसर द्वारा संकुचित किया जाता है, कूलर द्वारा ठंडा किया जाता है, और फिर टर्बोएक्सपेंडर में समस्थानिक रूप से रुद्धोष्म रूप से विस्तारित किया जाता है और ठंडी ऊर्जा का उत्पादन करने के लिए कम तापमान एयरफ्लो प्राप्त करने के लिए बाहरी काम करता है। प्राकृतिक गैस द्रवीकरण की प्रक्रिया में, विस्तार प्रशीतन मुख्य रूप से निम्नलिखित चार रूपों को अपनाता है: प्राकृतिक गैस प्रत्यक्ष विस्तार प्रशीतन, नाइट्रोजन विस्तार प्रशीतन, नाइट्रोजन-मीथेन मिश्रित विस्तार प्रशीतन, आदि।

5. प्रशीतन सिद्धांत और विस्तारक के साथ द्रवीकरण प्रक्रिया की विशेषताओं

विस्तारक चक्र एक टर्बो-विस्तारक के रुद्धोष्म विस्तार के माध्यम से उच्च दबाव वाले सर्द और क्लाउड चक्र प्रशीतन का उपयोग करके प्राकृतिक गैस द्रवीकरण को साकार करने की प्रक्रिया को संदर्भित करता है। प्रमुख उपकरण टर्बोएक्सपेंडर है, जिसमें उच्च आइसेनट्रोपिक दक्षता और वसूली योग्य विस्तार कार्य के फायदे हैं। इसलिए, यह प्रक्रिया छोटे द्रवीकरण क्षमता के साथ पीक-शेविंग एलएनजी संयंत्रों द्वारा अधिक से अधिक इष्ट है, और आमतौर पर 7×104 ~ 70×104m3 / d की द्रवीकरण क्षमता वाले उपकरणों के लिए उपयोग की जाती है।

एक विस्तारक के साथ द्रवीकरण प्रक्रिया प्रशीतन का मूल सिद्धांत यह है: गैस का विस्तार होता है और एक्सपेंडर में ठंडा होता है, जबकि आउटपुटिंग काम करता है, जिसका उपयोग कंप्रेसर को चलाने के लिए किया जा सकता है; जब डिवाइस में प्रवेश करने वाली कच्ची गैस और डिवाइस को छोड़ने वाली वाणिज्यिक गैस के बीच एक "प्राकृतिक" दबाव अंतर होता है, तो द्रवीकरण प्रक्रिया को "बाहरी दुनिया से" ऊर्जा के साथ पूरक करने की आवश्यकता नहीं होगी, लेकिन विस्तारक के माध्यम से शीतलन प्राप्त करने के लिए "प्राकृतिक" दबाव अंतर पर भरोसा करेगा। विभिन्न रेफ्रिजरेंट्स के अनुसार, इसे नाइट्रोजन विस्तार द्रवीकरण प्रक्रिया, नाइट्रोजन-मीथेन मिश्रित विस्तार द्रवीकरण प्रक्रिया और प्राकृतिक गैस प्रत्यक्ष विस्तार द्रवीकरण प्रक्रिया में विभाजित किया जा सकता है।

(1) प्राकृतिक गैस प्रत्यक्ष विस्तार द्रवीकरण प्रक्रिया

यह प्रक्रिया गैस क्षेत्र से उच्च दबाव वाली प्राकृतिक गैस का सीधे उपयोग करने और प्रसारक में ट्रांसमिशन पाइपलाइन के दबाव के लिए रुद्धोष्म रूप से इसका विस्तार करने की प्रक्रिया को संदर्भित करती है, जिससे प्राकृतिक गैस द्रवीकरण की प्रक्रिया का एहसास होता है। यह उन अवसरों के लिए विशेष रूप से उपयुक्त है जहां पाइपलाइन का दबाव अधिक है, वास्तविक ऑपरेटिंग दबाव कम है, और दबाव को बीच में कम करने की आवश्यकता है। चूंकि विस्तारक में प्रवेश करने वाली प्राकृतिक गैस को CO2 को हटाने की आवश्यकता नहीं है, लेकिन केवल कच्चे गैस के तरलीकृत भाग से CO2 को हटाने की आवश्यकता है, इसलिए pretreatment गैस की मात्रा बहुत कम हो जाती है। जब डिवाइस सामान्य संचालन में होता है, तो भंडारण टैंक से वाष्पित प्राकृतिक गैस को रिटर्न गैस कंप्रेसर द्वारा संकुचित किया जाता है और फिर द्रवीकरण के लिए सिस्टम में वापस आ जाता है। यह प्रक्रिया विशेष उत्पादन, परिवहन और सर्द के भंडारण की लागत को बचा सकती है; यह सरल प्रक्रिया, कॉम्पैक्ट उपकरण, छोटे निवेश, लचीला समायोजन और विश्वसनीय आपरेशन के फायदे है. हालांकि, यह द्रवीकरण प्रक्रिया नाइट्रोजन विस्तार द्रवीकरण प्रक्रिया के रूप में कम तापमान, बड़े परिसंचारी गैस की मात्रा और कम द्रवीकरण दर प्राप्त नहीं कर सकती है, और विस्तारक का कामकाजी प्रदर्शन कच्चे माल गैस के दबाव और संरचना से बहुत प्रभावित होता है, और सिस्टम की सुरक्षा आवश्यकताएं अपेक्षाकृत अधिक होती हैं। उच्च।

(2) नाइट्रोजन विस्तार द्रवीकरण प्रक्रिया

यह प्रत्यक्ष विस्तार द्रवीकरण प्रक्रिया का एक रूप है, नाइट्रोजन प्रशीतन चक्र को प्राकृतिक गैस द्रवीकरण सर्किट से अलग किया जाता है, और क्लोरीन प्रशीतन चक्र प्राकृतिक गैस के लिए ठंडी क्षमता प्रदान करता है। इसके फायदे यह हैं कि इसमें कच्चे गैस घटकों के परिवर्तन, मजबूत द्रवीकरण क्षमता, पूरे सिस्टम के सरल और सुविधाजनक संचालन के लिए अधिक अनुकूलन क्षमता है; सुस्त एजेंट परिसंचरण लगभग 40% अधिक है।

(3) नाइट्रोजन-मीथेन मिश्रित विस्तार द्रवीकरण प्रक्रिया

यह नाइट्रोजन विस्तार द्रवीकरण प्रक्रिया का एक सुधार है, जो ठंडे अंत में गर्मी विनिमय तापमान अंतर को कम कर सकता है। मिश्रित रेफ्रिजरेंट चक्र की तुलना में, इसमें सरल प्रक्रिया, आसान नियंत्रण, कम स्टार्ट-अप समय, और शुद्ध नाइट्रोजन विस्तार प्रशीतन की तुलना में बिजली की खपत का 10% से 20% बचाने के फायदे हैं।

6. टर्बोएक्सपेंडर के काम सिद्धांत

एक टर्बोएक्सपेंडर एक उच्च गति घूर्णन थर्मल मशीन है। ऊर्जा रूपांतरण और संरक्षण के नियम के अनुसार, जब गैस टर्बोएक्सपेंडर में रुद्धोष्म विस्तार के दौरान बाहरी काम करती है, तो इसकी ऊर्जा कम हो जाएगी, और एक ही समय में एक निश्चित एन्थैल्पी ड्रॉप उत्पन्न होगी, जिससे गैस का तापमान कम हो जाएगा और गैस के द्रवीकरण के लिए स्थितियां पैदा होंगी।

एक टर्बोएक्सपेंडर वास्तव में एक केन्द्रापसारक कंप्रेसर की रिवर्स कार्रवाई है। केन्द्रापसारक कंप्रेसर गैस के दबाव को बढ़ाने के लिए एक इलेक्ट्रिक मोटर द्वारा संचालित होता है, जो बिजली की खपत करता है। टर्बोएक्सपेंडर टर्बोएक्सपेंडर के काम करने वाले प्ररित करनेवाला को प्रभावित करने के लिए उच्च दबाव गैस के विस्तार से उत्पन्न उच्च गति वाले एयरफ्लो का उपयोग करता है, ताकि प्ररित करनेवाला उच्च गति से घूमता है। उच्च गति घूर्णन प्ररित करनेवाला शक्ति की एक निश्चित मात्रा उत्पन्न कर सकते हैं, और फिर बाहरी काम करते हैं। उसी समय, विस्तारित गैस के तापमान और दबाव दोनों में गिरावट आती है। दूसरे शब्दों में, टर्बोएक्सपेंडर ऊर्जा को परिवर्तित करने के लिए माध्यम की गति परिवर्तन का उपयोग करता है, जो न केवल द्रवीकरण डिवाइस के लिए शीतलन क्षमता प्रदान कर सकता है, बल्कि विस्तार द्वारा उत्पन्न काम का उपयोग कंप्रेसर या जनरेटर जैसे उपकरणों को चलाने के लिए भी किया जा सकता है, एलएनजी की इकाई को कम करता है। वॉल्यूमेट्रिक ऊर्जा की खपत।