В однофазной области «жидкость» процесс охлаждения может осуществляться с помощью «холода», вырабатываемого в сторонней холодильной машине, либо путем теплообмена со сторонней жидкостью, имеющей более низкую температуру. Охлаждение с помощью холодильной машины может осуществляться за счет отбора теплоты от продукта в теплообменнике хладагентом, имеющим более низкую температуру, получаемую с помощью рефрижераторного цикла холодильной машины. Особенностью этого способа охлаждения является отсутствие потерь охлаждаемого продукта и хладагента в процессе охлаждения.
Охлаждение с помощью холодильной установки (внешнего холодильного цикла) в термодинамическом отношении является наиболее эффективным. Однако для получения большей холодопроизводительности (более 1000 кВт) этот метод не может быть использован из-за технических сложностей создания холодильных машин с необходимым температурным уровнем и значительных капитальных затрат.
Другой схемой охлаждения путем теплообмена может быть способ охлаждения с применением криогенной жидкости, температура кипения которой ниже, чем заданная температура продукта, например жидкого азота. Этим способом может быть охлажден до температуры тройной точки и даже доведен до твердого состояния.
Принципиальные схемы охлаждения СПГ с использованием жидкого азота показаны на рисунке:
С целью экономии азота теплообменник «азот —СПГ» должен быть рассчитан так, чтобы использовалась теплота фазового перехода азота и прогрев газообразного азота.
Известные данные по кристаллизации нормального бутана n-С4Н10 и пентана n-С5Н12 при охлаждении природного газа до температур ниже температуры кипения при атмосферном давлении показывают, что эти компоненты формируют твердую фазу при температурах выше температуры тройной точки метана. Возможность появления кристаллов бутана и пентана необходимо учитывать при проектировании теплообменника-охладителя (возможность забивки трубок, увеличение гидравлического сопротивления). Кроме того, в составе системы заправки должна быть предусмотрена сепарация (фильтрация) других отвержденных тяжелых углеводородов.
Учитывая возможность охлаждения СПГ на заводах-изготовителях с подачей его в резервуары-хранилища (например, на аэродромах), укажем на особенности хранения в них охлажденного СПГ.
СПГ повышенной плотности можно хранить в резервуаре системы заправки при давлении ниже атмосферного, равновесном температуре охлаждения, или при давлении, превышающем атмосферное на 0,03…0,05 МПа. В обоих случаях внутренний сосуд резервуара должен быть рассчитан на давление ниже атмосферного, так как даже при хранении СПГ при избыточном давлении в резервуаре при заполнении его глубокоохлажденным СПГ и быстром опорожнении резервуара есть опасность понижения давления во внутреннем сосуде ниже атмосферного.
При хранении СПГ повышенной плотности при равновесном давлении во избежание подсоса компонентов воздуха во внутренний сосуд резервуара в изоляционной полости последнего должно поддерживаться давление ниже, чем давление во внутреннем сосуде. Дренажные трубопроводы должны продуваться нейтральным газом.
Проведенные в США исследования по применению шугообразного водорода и охлажденного до температуры тройной точки кислорода для заправки орбитального корабля многоразового использования показали, что оба продукта повышенной плотности можно хранить под небольшим избыточным давлением, например, в многопильном станке. При этом прогрев продуктов в процессе хранения незначительно превышает прогрев при хранении под вакуумом. Очевидно, что полученные данные можно распространить и на СПГ, проведя экспериментальную проверку.