Исследование эффективности ожижителя природного газа с циклом предварительного охлаждения на базе органического цикла Ренкина

Обоснование. Проведен технический и энергетический анализ работы малотоннажной установки сжиженного природного газа (СПГ) с циклом предварительного охлаждения на базе органического цикла Ренкина. На первом этапе расчета были выполнены моделирование и оптимизация цикла установки ожижения природного газа, работающей на смесевом хладагенте (СХА) с циклом предварительного охлаждения на базе пропановой парокомпрессионной холодильной машины (ПКХМ). Были определены основные технологические параметры, величины тепловых потоков процесса с учётом внешних условий. На втором этапе было проведено моделирование цикла предварительного охлаждения на базе органического цикла Ренкина (ОЦР), используя полученные величины тепловых потоков, относящихся к высокопотенциальным. Минимально возможная температура охлаждения была определена как точка пересечения требуемой холодопроизводительности и возможной холодопроизводительности системы ОЦР-ПКХМ. Получены и проанализированы данные об эффективности холодильных машин типа ОЦР-ПКХМ, работающих на природных хладагентах, оптимальных режимах, а также о применимости технологии в целом. Получены данные о возможной величине экономической выгоды от применения системы ОЦР-ПКХМ в сравнении с пропановой ПКХМ.

Цель работы — проанализировать возможность использования системы ОЦР-ПКХМ в качестве предварительного охлаждения автономной малотоннажной установки получения СПГ для снижения удельных затрат на производство СПГ.

Методы. В программной среде Aspen HYSYS было проведено моделирование циклов ожижения природного газа, циклов систем ОЦР-ПКХМ. Дальнейшая оптимизация и подбор оптимальных значений рабочих параметров проведены с помощью модуля Global Optimization Toolbox программного комплекса MATLAB.

Результаты. Определена величина экономической выгоды от использования системы ОЦР-ПКХМ в сравнении с типовой пропановой ПКХМ, величина выгоды составляет до 15% в зависимости от типа используемого цикла Ренкина и типа рабочего вещества.

Заключение. Авторами проанализирована возможность использования системы ОЦР-ПКХМ в качестве предварительного охлаждения автономной малотоннажной установки получения СПГ. Определено, что применение ОЦР-ПКХМ с использованием высокопотенциального тепла выхлопных газов дизель-генератора снижает расход природного газа и удельные затраты на производство СПГ. Определено, что величина экономической выгоды при применении таких систем составляет до 15% по отношению к классическим пропановым ПКХМ.