Бродянский В.М. От твердой воды до жидкого гелия (история холода)

Применение холода в нефтегазовой и химической промышленности

Среди промышленных производств "негастрономического" характера по масштабам использования холода первое место занимают три родственные отрасли - химическая, нефтяная и газовая.

В химической промышленности холод применяется в самым различных производствах: получение связанного азота (азотной кислоты, аммиака, азотных удобрений), этилена, синтетического каучука, пластмасс, фармацевтических и биохимических продуктов. Без охлаждения все эти технологии просто не могли бы существовать.

Назначение холодильных агрегатов в этих производствах - это либо поддержание необходимого температурного режима, задаваемого соответствующей технологией, либо перевод в жидкое или твердое состояние промежуточных или конечных продуктов. Необходимые низкие температуры здесь самые разнообразные. Для примера можно привести температурные уровни отвода тепла при производстве бутилкаучука: -110; -40; -20; 0; +7°С. Мощность холодильных установок при этом может достигать очень больших значений - десятков мегаватт. [Под мощностью в этом случае подразумевается количество выдаваемого установкой холода - холодопроизводительность в единицу времени, а не мощность, затрачиваемая на приводе установки. Считать производительность по потребляемой энергии - то же самое, что оценивать человека не по тому, как он работает, а по тому, сколько он съедает или получает (к сожалению, такой способ оценки еще часто используется и в обыденной жизни, и в технике). ] В нефтяной и газовой отраслях промышленности холод нужен главным образом для того, чтобы выделить из смесей те или другие их компоненты путем вымораживания (из жидкости) или конденсации (из газа).

Примером процесса вымораживания может служить широко применяемая в нефтяной промышленности так называемая "депарафинизация масел" - выделение из них парафина. Подготовка природного газа к транспортированию - пример процесса конденсации. Газ, добываемый из скважин, может содержать воду и тяжелые углеводороды как в жидком, так и в газообразном состоянии, а также механические примеси. В таком виде его, естественно, нельзя пускать в трубопроводы и направлять к потребителю. Вода, соединяясь с углеводородами, образует кристаллогидраты, которые могут забить трубопровод. Другие углеводороды нужно выделять, так как они представляют собой ценное сырье. Очистку газа начиняют с сепарации твердых и жидких примесей. В газе остаются водяной пар и различные углеводороды в газообразном состоянии. Их и удаляют путем низкотемпературной конденсации. Температура охлаждения при этом составляет от -5 до -25°С в зависимости от того, в какие районы поставляется газ. Очевидно, что для холодных районов температура сепарации должна быть ниже; в противном случае "недоделанная" часть сепарации произойдет в самом газопроводе на пути к потребителю.

Интересно, что в большинстве случаев низкотемпературная сепарация газа ведется "на самообслуживании", без специальных холодильных установок. Газ выходит из скважин большей частью под высоким пластовым давлением, превышающим 10 МПа. Поэтому холод можно получить простым его дросселированием, используя принцип Линде. Понижение температуры в дросселе составляет несколько десятков градусов.

Более того, поскольку уже очищенный газ подается по магистральным трубопроводам под высоким давлением, а затем его давление должно быть снижено в газовых сетях потребителей, создается возможность использовать этот перепад давлений для получения холода. При этом энергия не только не затрачивается, а наоборот, может быть получена, если расширение газа вести в турбодетандерах. [О турбодетандерах - детандерах турбинного типа подробно рассказывается в гл. 7. ] На основе использования такого "газового холода" уже проектируются холодильники рядом с крупными потребителями газового топлива - городами, электростанциями и предприятиями.

Можно было бы еще долго перечислять и другие многочисленные направления применения холода - в машиностроении, медицине, радиотехнике, космической технике и научных исследованиях. Поскольку они, как правило, требуют значительно более низких температур, их удобнее описать в гл. 7, посвященной достижениям в криогенной области.

Следующая страница: Холод для комфорта человека