Технология сжижения Shell DMR

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 планируется использовать на строящемся заводе LNG Canada.

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.

Упрощенная принципиальная технологическая схема процесса  Shell DMR

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

  1. 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 🇷🇺
  2. К.Ю.Горынцева, Р.А. Кемалов. Технологический процесс Duble Mixed Refrigerant. – Казанский федеральный университет, г.Казань, 2017 🇷🇺
  3. 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 🇬🇧
  4. 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 🇷🇺

Поделиться этой новостью