Вводная информация
Технологический процесс Duble Mixed Refrigerant – DMR был разработан компанией shell для средне- и крупнотоннажного производства СНГ с производительностью технологических линий от 2 до 5 Мт/год.
Эту технологию использует завод СПГ на Сахалине, стартовавший в феврале 2009 г. Производительность каждой из двух технологических линий составляет 4,8 млн тонн СПГ в год. Еще одним заводом, где применяется эта технология является плавучий СПГ завод в водах Австралии Prelude FLNG, давший первый СПГ в 2019 году. Кроме этих двух заводов, процесс Shell DMR используется на заводе LNG Canada, который был введен в строй в июне 2025 года.
Описание процесса Shell DMR
Технология предполагает использование двух контуров циркулирующего хладагента, представляющего собой смесь азота и легких углеводородов (обычно – метан и этан с добавлением пропана, изобутана, бутана и азота): контур захолаживания (предварительного охлаждения) и контур сжижения – см. Упрощенную принципиальную технологическую схему процесса ниже.
Сухой очищенный природный газ проходит предварительное охлаждение до -50…-80°С (захолаживание) и частичную конденсацию в теплообменниках (1) с помощью смешанного хладагента 1-й ступени (СХ1, в англоязычных документах – PMR) и подается в теплую часть главного криогенного теплообменника (6), где природный газ двигаясь по трубным пучкам снизу вверх переохлаждается до температуры -153 °С и частично сжижается.
После этого двухфазный поток поступает в сепаратор (на схеме не указан), где от него отделяются тяжелые компоненты. Паровая фаза из сепаратора возвращается в криогенный теплообменник, где она охлаждается и конденсируется. Затем поток СПГ направляется в хранилище (9) при температуре -161 °С и атмосферном давлении. Для отделения азота от СПГ используется сепаратор (8). Паровая фаза, которая образуется при сбросе давления в дросселе (7), компримируется и используется в качестве топливного газа (на схеме не показано).
Хладагент предварительного охлаждения (СХ1) сжимается в двухступенчатом компрессоре (3) с воздушным охлаждением (4) (промежуточное охлаждение на схеме не показано) и поступает в трубный пучок теплообменника (1). На выходе из теплообменника хладагент разделяется на два потока. Первый поток дросселируется в устройстве (2) и направляется в межтрубное пространство теплообменника (1) для охлаждения потоков, поднимающихся по трубным пучкам. Второй поток направляется во второй теплообменник цикла захолаживания для дальнейшего охлаждения, дросселирования в устройстве (2) и образования потока охлаждения второго теплообменника. Выходящие из нижней части теплообменников (1) потоки газа направляются в компрессор (3).
Потоки смешанного хладагента СХ1 полностью испаряются в теплообменниках предварительного охлаждения перед возвратом в компрессор соответствующей ступени.
Смешанный хладагент цикла сжижения (СХ2, в англоязычных документах – MR) низкого давления компримируется в компрессорах основного цикла (3) с промежуточным и конечным охлаждением в аппаратах воздушного (или водяного) охлаждения (4) (промежуточные агрегаты охлаждения на схеме не показаны). Дальнейшее охлаждение и частичная конденсация СХ2 высокого давления осуществляются потоком смешанного хладагента СХ1 в теплообменниках предварительного охлаждения (1).
После предварительного охлаждения двухфазный поток смешанного хладагента СХ2 разделяется на «тяжелый» (жидкая фаза на выходе из сепаратора 5) и «легкий» хладагент (паровая фаза на выходе из сепаратора 5). «Легкий» и «тяжелый» смешанный хладагент СХ2 подаются в теплую часть главного криогенного теплообменника (6) разными потоками.
«Легкий СХ2 проходит теплую, холодную и криогенную части теплообменника, после чего его давление понижается на дросселе (7) перед подачей в криогенную, верхнюю, часть теплообменника (6), где он переохлаждает и конденсирует природный газ.
«Тяжелый» смешанный хладагент («тяжелый» СХ) проходит теплую и холодную части главного криогенного теплообменника (6), после чего его давление понижается на дросселе перед подачей в холодную часть, где он смешивается с «легким» СХ2 и конденсирует природный газ. Поток смешанного хладагента СХ низкого давления полностью испаряется и перегревается в теплой части теплообменника перед возвратом в компрессор СХ2 (3).
Общие замечания
Использование хладагента цикла предварительного охлаждения делает процесс более гибким и эффективным в условиях низких температур окружающего воздуха. Процесс легко адаптируется к изменению внешней температуры путем изменения соотношения пропана и этана в смесевом хладагенте СХА-1. Преимущества данной технологии особенно сказываются в условиях зимних температур (около -30 °С), когда вследствие вариабельности составов хладагентов коэффициент ожижения природного газа достигает максимума. Кроме того, изменение состава хладагента позволяет более эффективно использовать мощности газовых турбин.
На СПГ заводе в Пригородном (Сахалин-2), процесс Shell DMR используется со спиральновитыми теплообменниками производства компании Linde как в основном цикле сжижения, так и в цикле предварительного охлаждения. Для привода компрессоров применяются газовые турбины Frame 7. А на плавучем СПГ заводе Prelude FLNG в качестве привода компрессоров используются паровые турбины, а для охлаждения хладагентов используется забортная морская вода.
Перечень первоисточников
- И.В. Мещерин, А.Н. Настин. Анализ технологий получения сжиженного природного газа в условиях арктического климата. – М.: Российский государственный университет нефти и газа (национальный исследовательский университет) имени И.М.Губкина 🇷🇺
- К.Ю.Горынцева, Р.А. Кемалов. Технологический процесс Duble Mixed Refrigerant. – Казанский федеральный университет, г.Казань, 2017 🇷🇺
- Rojas A., Kemalov R. A. Sakhalin energy’s initial operating experience from simulation to reality making the DMR process work. – Faculty of Geology and Oil and Gas Technology Department of High viscosity oils and Natural Bitumen 🇬🇧
- В.Худокормов Анализ усовершенствований технологии с применением двойного смешанного хладагента (DMR), проведенной в период эксплуатации ПК «Пригородное». Материалы конференции “Инновационное развитие технологий производства СПГ”, Москва, 2021 🇷🇺
- I. Nemov, Sakhalin LNG, Sakhalin Energy Investment Co. Ltd. Optimal control of mixed refrigerant composition at Sakhalin LNG plant. Gas Processing & LNG, 10/1/2018 🇬🇧