Обозначения и сокращения 4
Введение 5
1 Общая часть 7
1.1 Понятие и классификация холодильных машин 7
1.2 Методы получения глубокого холода 7
1.3 Виды циклов 8
1.3.1 ЦиклЛинде 9
1.3.2 Цикл Клода 10
1.3.3 Цикл Капицы 11
1.3.4 Сравнение холодильных циклов 13
2 Научная глава 14
2.1 Анализ технологий сжижения природного газа 14
2.1.1 Технологии на смесевых хладагентах 14
2.1.2 Зарубежные технологии сжижения в малотоннажном производстве .. 19
2.1.3 Технологии сжижения в малотоннажном производстве в России 21
3 Расчетная часть 28
3.1 Тепловой расчет установки сжижения природного газа 28
4 Технологическая часть 39
4.1 Состав завода СПГ 39
4.2 Оборудование для завода СПГ 42
5 Технико-экономическое обоснование строительства малотоннажного завода
по производству СПГ 45
5.1 Оценка капитальных затрат на строительство завода 45
5.2 Оценка годовых эксплуатационных затрат 44
5.2.1 Оплата труда 44
5.2.2 Отчисления во внебюджетные фонды 44
5.2.3 Амортизационные отчисления 45
5.2.4 Материальные затраты 45
5.2.5 Прочие затраты 45
5.3 Оценка экономических показателей 46
6 Промышленная и экологическая безопасность 49
Заключение 53
Список литературы 55
С ростом мирового спроса на энергию природный газ будет играть ключевую роль не только для производства энергии, но и для транспорта. Поскольку этот ценный ресурс локализуется в виде скоплений в отдельных и, чаще всего, отдаленных районах, возникает проблема транспортирования его к пунктам газопотребления. Строительство трубопроводной сети не всегда рентабельно, особенно от месторождений с малым запасом.
Путем производства СПГ значительно упрощается решение вопроса о его транспорте. Более того, хранить СПГ выгоднее с точки зрения экономии пространства, т.к. в жидком виде газ в 600 раз плотнее газообразного.
Использование заводов малотоннажного производства позволяет решать задачи по газоснабжению регионов в кратчайшие сроки и с минимальными капитальными вложениями. Решающим фактором для внедрения мини-заводов является нужда в обеспечении доступности ПГ для удаленных населенных пунктов.
Но производство СПГ - энергозатратный процесс, требующий внушительных капитальных и эксплуатационных затрат, что объясняет малую скорость внедрения заводов. В последнее десятилетие компании активизировались вследствие роста спроса ПГ, а также в рамках программы повышения реализации сырья на внутреннем рынке в целях газификации населения.
Малотоннажный СПГ обеспечивает большую гибкость и скорость реализации проектов, но использует простые малоэффективные технологии сжижения.
Изучение и выбор оптимальной технологии производства СПГ определяет эффективность работы завода и, соответственно, затраты и прибыль. Проблема рационального выбора технологического решения на сегодняшний день является одной из самых актуальных, т.к. требует глубокого анализа факторов производства и перспективных решений с их сравнительным анализом.
Цель данной работы - создание энергоэффективного цикла сжижения ПГ для его применения в малотоннажном производстве.
Задачи:
1) обзор существующих технологий производства СПГ;
2) их сравнительный анализ;
3) выявление энергоэффективных циклов для малотоннажного производства;
4) разработка технологии на основе анализа изученных технологических решений;
5) выполнение теплового расчета холодильной установки;
6) экономическое обоснование применения предложенной технологии на мини-заводе СПГ.
Данная работа может послужить опорой для фундаментальных исследований в области производства сжиженного природного газа. В ходе исследования написаны две статьи по этой тематике и апробированы на конференции и в виде статьи в журнале.
В процессе исследования был произведен обзор и анализ существующих и перспективных технологий по сжижению природного газа.
Применение того или иного цикла, а также аппаратурное оформление криогенной установки зависит от большого числа факторов. Главные из них:
- необходимая холодопроизводительность;
- простота технологической схемы процесса сжижения;
- стоимость единицы холода;
- надежность работы установки.
Установки с дроссельными циклами отличаются простотой и надежностью в работе, вследствие чего широко распространены в производстве холода и сжиженных газов. Однако из-за низкой экономичности эти установки пригодны лишь для получения холода в небольших количествах (доля получаемой жидкости не превышает 16,5%). Тем не менее, технологии, основанные на цикле Линде, применяются довольно активно, особенно в России на ГРС и КС.
Установки с детандерными циклами наиболее эффективны, преимущественно в малотоннажном производстве СПГ. Более того, энергоэффективность установок повышается за счет применения детандерных агрегатов, что повышает привлекательность применения этой технологии.
Комбинированные циклы с использованием дроссельно-детандерного цикла и предварительным охлаждением имеют особое место в практике сжижения. Эффективность таких установок достаточно оправдана. Несмотря на сложную технологическую схему процесса, такие циклы достаточно широко распространены.
Самым эффективным циклом из отечественной практики оказался азотный. Поэтому, в данной работе решено было создать технологию, основанную на азотном цикле, но с добавлением контура СО2 с целью увеличения холодопроизводительности азотного контура.
Отечественная технология уступает по удельным энергозатратам предлагаемой схеме, учитывая, что коэффициент ожижения примерно одинаков.
Разработанная технология имеет ряд преимуществ:
- сжижается 100% ПГ;
- в схеме используются взрывобезопасные хладагенты;
- технология может осуществляться при различных параметрах ПГ перед теплообменником;
- в сравнении с аналогичными установками удельные энергозатраты в процессе минимальны.
В результате работы был произведен:
- анализ технологий сжижения ПГ;
- патентный поиск;
- тепловой расчет разработанной технологии сжижения ПГ;
- подбор оборудования для завода производительностью 2 т/ч;
- экономический расчет (обоснование экономической эффективности предложенного решения).
Завод производительностью 2 т/час с удельным энергопотреблением 719,35 кВТ-ч/т СПГ по расчетным оценкам требует капиталовложений в размере 575,9 млн.руб. При этом срок окупаемости составил 5,8 лет.
