Parámetro de comparación de dos procesos a pequeña escala de la licuefacción de gas natural en empaques Skid-Mounted.

Abstracto

Dos tipos típicos de proceso a escala reducida de la licuefacción del gas natural en paquete skid-mounted fueron diseñados y simulados.

Los parámetros clave de los dos procesos fueron comparados, y la comparación de la calefacción y de las curvas de enfriamiento en cambiadores de calor fue también analizada. Los resultados muestran que el ciclo del ampliador N2-CH4 precede el ciclo del mezclado-refrigerante en la premisa de la falta de pre refrigeración del propano. La carga grande de la diferencia de la temperatura y del intercambio de calor son las razones primarias de la pérdida de exergía en cambiadores de calor. El consumo de energía de compresores es influyente al consumo de energía por unidad LNG, así que la compresión con enfriamiento interno debe ser adoptada.

1. Introducción

Las plantas de licuefacción criogénica se han aplicado en los campos comerciales de la licuefacción del gas natural cuyas capacidades de la licuefacción son muy grandes. Por ejemplo, la capacidad de la línea de productos de la planta del LNG de la carga baja es hasta 3,4 Mt/a, y el que está de la planta máxima del LNG que afeita es cerca de 0,9 Mt/a. Los licuadores criogénicos están disponibles en el comercio para la licuefacción del gas natural.

Estos licuadores son normalmente plantas por encargo, permanentes de la capacidad grande para dar un máximo de la utilidad de gasolina natural y para envío transcontinental de la gasolina natural. El mercado en desarrollo de los vehículos de la gasolina natural proporciona una oportunidad para el LNG-CNG que aprovisiona de combustible a estaciones. Otros mercados para licuadores más a escala reducida del LNG incluyen los pozos de gasolina terrestres, los sitios de clientes que se sitúan remotamente de los gaseoductos actuales, y las instalaciones de los clientes industriales. El desarrollo comercial continuo de los vehículos del LNG crea la oportunidad de desarrollar plantas de licuefacción a escala reducida de la gasolina natural.

Comparando con la planta de licuefacción mediana o en grande, las características dominantes de la a escala reducida son el proceso simple, la inversión baja, la talla miniatura y el uso del equipo skid-mounted [1-5].

El diseño, la simulación y la valoración del proceso de la licuefacción de la gasolina natural comenzaron a partir de 1970. Shell Corporation ha simulado el ciclo la cascada, el mezclado-refrigerante y del ampliador del N2, por otra parte analizaba sus ventajas y desventajas [6]. Melaaen puso un modelo dinámico para el proceso de la licuefacción de la gasolina natural de la planta de carga, y llevado con la simulación por DASSL en 1995 [6]. Terry usó el software de HYSYS para calcular y para optimizar el proceso típico de la licuefacción de la planta que se usaba en 1998 [7]. Kikkawa diseñó los procesos del modelo a seguir después del ciclo de la pre refrigeración del refrigerante mezclado y el ciclo del ampliador, y los calculaba por el software de CHEMICAL-CAD

El trabajo previo no se refiere al proceso a escala reducida de la licuefacción de la gasolina natural en equipos skid-mounted. Pero será útil al estudio presentado en este papel. Casi toda clase de proceso de la licuefacción se puede adoptar en plantas a escala reducida del LNG, así que no es siempre fácil seleccionar el proceso más conveniente para cierto proyecto. Una investigación profunda en estos procesos es necesaria antes de que se tome cualquier decisión.

2. Diseño

Dos procesos similares fueron diseñados para la comparación.

2.1. Procesos de la licuefacción.

En base de las características de la planta a escala reducida del LNG, dos sistemas del proceso típico de la licuefacción fueron diseñados en este papel para el análisis y la comparación. El proceso de la licuefacción del ciclo (MRC) del mezclado-refrigerante fue adoptado en el proceso 1 mostrado en la fig. 1, que quitó el ciclo común del propano que prerefrigeraba, haciendo más simple el proceso y más compacto. El MRC utiliza una combinación de refrigerantes en un solo ciclo de refrigeración, que permite suministrar la refrigeración en la temperatura continuamente cambiante.

El proceso de la licuefacción del ciclo del ampliador N2-CH4 fue adoptado en el proceso 2 mostrado en fig. 2. Proporciona la refrigeración por la extensión de la compresión y del trabajo de la corriente de la gasolina.

2.2. Métodos de su propiedad.

Los métodos de la propiedad son la base de la simulación. La ecuación de PR y la ecuación de LKP son las claves del fluido empacado en la simulación.

La ecuación de estado de Peng-Robinson aplica funcionalidad a algunos parámetros específicos de la interacción del componente-componente, que se pueden utilizar en el cálculo del equilibrio de fase [11]. Se escribe:

Donde p= presión, R constante de gas, T es temperatura, V es el volumen específico, a y b son las constantes referente a la especie de la gasolina, x es la fracción mol de cierto componente, k es coeficiente binario de la interacción. Se reescribe como:

Fig. 1. Proceso 1: proceso de la licuefacción del ciclo del Mezclado-refrigerante (MRC).

Fig. 2. Proceso 2: Proceso de la licuefacción del ciclo del ampliador N2-CH4.

Donde z es un factor constringente, A y B son los coeficientes referentes a los parámetros del estado de la gasolina.

La ecuación de Lee-Kesler-Plocker es un método general exacto para las sustancias y las mezclas no polares, que se pueden utilizar en el cálculo de la entalpía y entropía de los componentes mezclados [11]. Se escribe:

Donde “w” es un factor acéntrico, 0 y r denotan los parámetros relevantes de los líquidos simples y de la referencia.

2.3. Optimización de parámetro

Antes de la simulación, los parámetros requeridos fueron especificados en las tablas 1-3 basado en el análisis del efecto de los parámetros en la actuación de proceso. Estas figuras fueron ganadas con la optimización de la función objetiva en el consumo de energía específica [9,10].

Asumió que el flujo de la alimentación de la gasolina natural era 4,0 k mol/h.

El cálculo y la optimización de simulación en los procesos 1 y 2 fueron hechos usando la ecuación de las RRPP estado y.

Ecuación de LKP a través del software de HYSYS. La ecuación de las RRPP o de LKP es la de los paquetes fluidos más importantes que es la base de la simulación por HYSYS. Muchos factores influencian la actuación de cierto proceso. Por ejemplo, son presión de alta presión y baja.

Del mezclado-refrigerante, de la temperatura del refrigerante antes de la extensión, y de la fracción de topo del nitrógeno, del metano, del etano, del propano, del etc. Estos factores se describen

(tabla 1)

como X = [x1, x2, x3,…, xN]^T. En este caso, el problema de la optimización está descubriendo los valores de parámetro óptimos para hacer el consumo de energía el más bajo. La función objetiva es:

min f(x)=W/F(LNG)

donde w es el poder total de consumo de energía de compresores. De hecho, es necesario tomar en consideración todos los factores tales como coste inicial, poder de consumo, zona de la planta, simplicidad del proceso, etc. Pero muchos de estos factores no son puros. En este papel, solamente se toma el consumo de energía específica (consumo de energía por unidad del LNG) como el objetivo de la optimización. Los apremios están como abajo: (A) la suma de las fracciones mol del mezclado-refrigerante es 1. (b) la temperatura del mezclado-refrigerante en la entrada del compresor es más alta que su punto de condensación. (c) la diferencia de la temperatura entre las zonas calientes y frías de líquido no puede ser negativa.

HYSYS contiene un optimizador de estado estacionario multivariable. Una vez que se ha construido el organigrama y se ha obtenido una solución convergida, el optimizador puede ser usado para encontrar las condiciones de funcionamiento que minimizan (o maximiza) la función objetivo. El optimizador posee su propia hoja de cálculo para definir la función objetiva, así como cualquier expresión del obstáculo que se utilizará.

HYSYS tiene cinco modos de optimizador: original, Hyprotech SQP, MDC Optim, MDC DataRecon y optimización de la selección. Cualquier modo de optimizador se puede utilizar en este caso, pero el modo original fue seleccionado para su optimización común en HYSYS. Las siguientes secciones describen los esquemas de la optimización para el optimizador original: Disposición de la función, método de la CAJA, Método SQD, método mezclado, método de Fletcher Reeves y el método de Cuasi-Newton, que son los tipos de algoritmo incorporado.

3. Resultados y análisis de la simulación.

La simulación y el cálculo de los dos procesos fueron hechos.

3.1. Resultados de la simulación.

Los parámetros dominantes de los dos procesos de la licuefacción fueron comparados, y la comparación de los resultados de la optimización se presenta en tabla 4.

Tabla 4.

Comparación de los resultados de la optimización de los dos procesos de la licuefacción.

Del análisis de datos de la tabla 4 antedicha, puede ser visto que los parámetros dominantes del ciclo del ampliador N2-CH4 derrotan los que está del ciclo refrigerante mezclado excepto tarifa de la licuefacción, gracias a estes último que carecen el ciclo de prerefrigeración del propano para cumplir el requisito del licuador de la gasolina natural en paquete resbalón-montado.

El ciclo del mezclado-refrigerante con el propano que prerefrigera (C3/MRC) es lo mismo con la planta en grande del GASERO de.

la carga baja, pero no cabe el a escala reducida en paquete resbalón-montado. Hay pocas ventajas dejadas para el cortocircuito del funcionamiento del ciclo del mezclado-refrigerante del propano que prerefrigera, compitiendo con el ciclo del ampliador N2-CH4. Diferenciando de los C3/MRC que son proceso y bajo consumo de energía complejos, el ciclo del ampliador N2-CH4 se sazona con la planta móvil del GASERO del estilo mediano o en grande, debido a su operación de proceso, flexible compacta y aplicabilidad extensa. Debe ser considerado integración de las características técnicas sobre de ambos para desarrollar el nuevo tipo de proceso de la licuefacción en el paquete resbalón-montado, que abastece a la marea del desarrollo del proceso de la licuefacción de la gasolina natural que persigue actualmente breve y eficiente.

3.2. Distribución de la carga y de la temperatura del intercambio de calor.

La pérdida de energía principal de un proceso de la licuefacción de la gasolina natural existe en compresores y cambiadores de calor, pero.

descuido de la pérdida en válvulas reguladoras.

La compresión con intercooling fue utilizada en este caso, para disminuir el grado irreversible y el consumo de energía del proceso de compresión. El poder reclamado del ampliador en el proceso 2 fue utilizado para conducir el retropack, que redujo el consumo de energía de compresores. En este papel, el hacer juego de la calefacción y las curvas de enfriamiento entre la gasolina de la alimentación y el mezclado-refrigerante en cambiadores de calor eran analizados. La carga de la diferencia de la temperatura y del intercambio de calor en transferencia de calor contribuye a la pérdida del exergy, así que la carga grande de la diferencia de la temperatura y del intercambio de calor es las razones primarias de la pérdida del exergy en cambiadores de calor. Seguro el flujo del calor no es el único afectado por la temperatura cambiante, la entalpía y no ejerce presión sobre también es los.

El hacer juego de la calefacción y de las curvas de enfriamiento en cambiadores de calor en los procesos 1 y 2 era analizado. Puede ser visto de los resultados mostrados en las figs.as. 3–6. Puede ser encontrado de las figs.as. 3-6 que, la carga del intercambio de calor de las tuberías en los cambiadores de calor está subiendo junto con la temperatura ascendente.

Fig. 3. Variación de la carga del intercambio de calor en función de la temperatura de las tuberías en el cambiador de calor 1 del proceso 1.

Fig. 4. Variación de la carga del intercambio de calor en función de la temperatura de las tuberías en el cambiador de calor 2 del proceso 1.

Generalmente, bajo condición de la misma temperatura, la carga del intercambio de calor de los gaseoductos naturales (14-15, 15-16) es la más baja, es después la carga de las tuberías refrigerantes de alta presión (proceso 1:4-7; Procesa 2:4-5, 8-9), y la carga de las tuberías refrigerantes de baja presión (proceso 1:8-9, 12-13; 2:10 de proceso – 13) es los más altos. Esto es porque eso las tuberías refrigerantes de baja presión se encarga de capacidades de enfriamiento a los gaseoductos naturales y a las tuberías refrigerantes de alta presión. Por otra parte, la carga del

intercambio de calor del cambiador 1 es más que el del cambiador 2. La aparición de las inflexiones en las curvas indica el cambio de fase a monofásico y vice versa de bifásico.

La diferencia más grande de la temperatura entre las tuberías refrigerantes de alta presión y de baja presión en el cambiador de calor 1 y 2 del proceso 1 es cerca de 45 - C, en la condición de carecer la pre refrigeración del propano. La diferencia de la temperatura entre las mismas en el cambiador de calor 1 del proceso 2 es comparativamente uniforme, que es cerca de 30 - C. Pero la diferencia de la temperatura en el cambiador de calor 2 del proceso 2 es cerca de 35 - C. Causará más pérdida del exergía en cambiadores de calor si la carga de la diferencia de la temperatura y del intercambio de calor no es limitada.

Es tan necesario tomar algunas medidas de consolidar la transferencia de calor, tal como aumento de las zonas de transferencia de calor y reducción de la diferencia de la temperatura, que puede reducir la pérdida del exergía en cambiadores de calor. Aunque la diferencia de la temperatura entre la gasolina natural y las tuberías refrigerantes de baja presión sea muy grande, la pérdida del exergía de los gaseoductos naturales es todavía pequeña debido a su carga de pocas calorías del intercambio.

Fig. 5. Variación de la carga del intercambio de calor en función de la temperatura de las tuberías en el cambiador de calor 1 del proceso 2.

Fig. 6. Variación de la carga del intercambio de calor en función de la temperatura de las tuberías en el cambiador de calor 2 del proceso 2.

4. Conclusiones

(1) se concluye que el ciclo del ampliador N2-CH4 precede el ciclo del mezclado refrigerante en la premisa del propano carente de refrigeración para la comparación del parámetro. El papel del propano pre refrigerado es muy importante para el ciclo del mezclado-refrigerante. Debe ser considerado para el ahorro de la energía en desarrollo del proceso a escala reducida de la licuefacción del gas natural en equipos Skid-Mounted.

(2) debe ser prestada más atención a las secciones de las altas temperaturas del cambiador de calor 1 en el diseño de cambiador de calor, puesto que la carga del intercambio de calor del cambiador 1 es más que el del cambiador 2. La pérdida del exergía de los gaseoductos naturales es pequeña debido a su carga de pocas calorías del intercambio.

(3) la diferencia de la temperatura y la carga del intercambio de calor entre las tuberías en cambiadores son grandes. Son los factores claves que causan la pérdida del exergía, así que las medidas de consolidar la transferencia de calor se deben ejecutar.

(4) el consumo de energía de compresores es más influyente al consumo de energía específica, así que a la compresión con enfriamiento interno debe ser adoptado para disminuir el grado irreversible de proceso de compresión. El poder reclamado del ampliador en el proceso dos se usó para conducir el retropack para reducir el consumo de energía del compresor.