Jak a proč zkapalněný plyn: výrobní technologie a rozsah použití zkapalněného plynu

Technologie související s těžbou, přepravou a zpracováním zemního plynu se rychle vyvíjejí. A mnozí dnes slyšeli zkratky LNG (LPG) a LPG (LNG). Téměř každý druhý den je ve zprávách v jednom či druhém kontextu uváděno palivo na zemní plyn.

Musíte však připustit, že abyste měli jasnou představu o tom, co se děje, je nejprve důležité pochopit, jak se zkapalňuje plyn, proč se to dělá a jaké výhody to přináší nebo nedává. A v této záležitosti existuje mnoho nuancí.

Pro zkapalňování plynných uhlovodíků se staví velké technologické závody. Dále budeme pečlivě rozumět: proč je toto vše potřebné a jak se to děje.

Proč zkapalněný zemní plyn?

Modré palivo se extrahuje ze střev Země jako směs metanu, etanu, propanu, butanu, helia, dusíku, sirovodíku a dalších plynů, jakož i jejich různých derivátů.

Některé z nich se používají v chemickém průmyslu a jiné se spalují v kotlích nebo turbínách na výrobu tepla a elektřiny. Navíc se část extrahovaného používá jako palivo s plynovým motorem.

Výpočty plynárenského průmyslu ukazují, že pokud je třeba modré palivo dodávat ve vzdálenosti 2 500 km nebo více, pak je v zkapalněné formě často výhodnější než potrubí.

Hlavním důvodem zkapalňování zemního plynu je zjednodušení jeho přepravy na velké vzdálenosti. Pokud jsou spotřebitel a plynové palivo umístěny na zemi blízko sebe, je snadnější a výhodnější položit mezi ně potrubí. V některých případech je však výstavba dálnice kvůli geografickým nuancím příliš drahá a problematická. Proto se uchylují k různým technologiím pro výrobu LNG nebo LPG v kapalné formě.

Ekonomika a bezpečnost dopravy

Poté, co je plyn zkapalněn, je již čerpán ve formě kapaliny do zvláštních nádob pro přepravu po moři, řece, silnici a / nebo po železnici.V tomto případě je z technologického hlediska zkapalnění z energetického hlediska poměrně nákladný proces.

U různých zařízení to zabírá až 25% původního objemu paliva. To znamená, že k výrobě energie potřebné technologií musíte spálit až 1 tunu LNG na každé tři tuny v hotové formě. Ale zemní plyn je nyní velmi žádaný, všechno se vyplatí.

V zkapalněné formě zabírá methan (propan-butan) 500-600krát menší objem než v plynném stavu

Zatímco zemní plyn je v kapalném stavu, je nehořlavý a nevýbušný. Teprve po odpaření během opětného odplynění, získá plynná směs Ukázalo se, že je vhodný pro spalování kotlea varné desky. Proto, pokud se jako uhlovodíkové palivo používá LNG nebo LPG, musí být znovu regenerovány.

Použití v různých oborech

Pojmy „zkapalněný plyn“ a „zkapalněný plyn“ jsou nejčastěji uváděny v souvislosti s přepravou uhlovodíkové energie. To znamená, že dojde k první produkci modrého paliva a poté k jeho přeměně na LPG nebo LNG. Následně se výsledná kapalina transportuje a potom se znovu vrátí do plynného stavu pro jednu nebo druhou aplikaci.

LHG (zkapalněný ropný plyn) pro 95% a více sestává ze směsi propan-butan a LNG (zkapalněný zemní plyn) pro 85–95% metanu. Jsou to podobné a radikálně odlišné druhy paliva.

LPG z propan-butanu se používá hlavně jako:

• palivo s plynovým motorem;
• palivo pro vstřikování do plynových nádrží autonomních topných systémů;
• kapaliny pro tankování zapalovačů a plynových lahví o obsahu 200 ml až 50 litrů.

LNG se obvykle vyrábí výhradně pro přepravu na velké vzdálenosti. Pokud je k dispozici dostatečná kapacita pro skladování LPG, který vydrží tlak několika atmosfér, jsou pro zkapalněný metan nutné speciální kryogenní nádrže.

Skladovací zařízení LNG je vysoce technologické a zabírá hodně místa. Použití takového paliva v automobilech není ziskové kvůli vysokým nákladům na válce. Nákladní automobily LNG ve formě samostatných experimentálních modelů již jezdí po silnicích, ale v segmentu osobních automobilů je nepravděpodobné, že toto „tekuté“ palivo v blízké budoucnosti najde široké uplatnění.

Zkapalněný metan jako palivo se nyní v provozu stále častěji používá:

• železniční lokomotivy;
• mořská plavidla;
• říční doprava.

Kromě toho, že se LPG a LNG používají jako nosič energie, používají se také přímo v kapalné formě v plynových a petrochemických zařízeních. Vyrábají různé plasty a další materiály na bázi uhlovodíků.

Technologie pro výrobu LPG a LNG

K přeměně metanu z plynu na kapalinu musí být ochlazena na -163 ° C. Ale zkapalněný propan-butan již při -40 °C. V souladu s tím jsou technologie a náklady v obou případech velmi odlišné.

Jeden litr LNG je přibližně 1,38 m3. m zdroje zemního plynu (toto číslo závisí na teplotě a tlaku), pokles objemu asi 620krát

K zkapalňování zemního plynu se používají následující technologie od různých společností:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimalizovaná kaskáda
• DMR;
• PRICO;
• MFC
• GTL et al.

Všechny jsou založeny na procesech komprese a / nebo výměny tepla. Zkapalňovací operace probíhá v zařízení v několika fázích, během nichž je plyn postupně stlačován a ochlazován na teplotu přechodu do kapalné fáze.

Příprava plynné směsi

Před začátkem zkapalňování surového zemního plynu je nutné z něj odstranit vodu, helium, vodík, dusík, sloučeniny síry a další nečistoty. K tomu se obvykle používá adsorpční technologie hlubokého čištění plynné směsi jejím průchodem molekulárními sítami.

Potom nastává druhá fáze přípravy suroviny, během které se odstraňují těžké uhlovodíky. Výsledkem je, že v plynu zůstane pouze ethan a methan (nebo propan a butan) s méně než 5% nečistot, takže tato frakce se může začít ochlazovat a zkapalňovat.

Počáteční příprava s odstraněním všeho zbytečného ze zemního plynu se provádí za účelem ochrany chladicího zařízení před agresivními účinky vody, oxidu uhličitého, sloučenin síry atd.

Frakcionace vám umožní zbavit se škodlivých nečistot a přidělit pouze hlavní plyn pro následné zkapalnění. Při tlaku 1 atm je teplota přechodu do kapalného stavu pro metan -163 ° С, pro ethan -88 ° С, pro propan -42 ° С a pro butan -0,5 ° С.

Právě tyto teplotní rozdíly vysvětlují důvod, proč jsou rozděleny na frakce, a teprve poté zkapalní plyn vstupující do závodu. Neexistuje jediná technologie zkapalňování pro všechny typy plynných uhlovodíkových sloučenin. Pro každou z nich je nutné vybudovat a použít vlastní výrobní linku.

Hlavní proces zkapalňování

Základem pro přeměnu plynu do kapalného stavu je chladicí cyklus, během kterého je teplo přenášeno jedním chladivem nebo jiným z média s nízkou teplotou na médium s vyšší teplotou. Tento proces je vícestupňový a vyžaduje dostupnost výkonných kompresorů pro expanzi / kontrakci nosiče tepla a tepelných výměníků.

Kompresní technologie jsou high-tech, energeticky náročné a nákladné, ale v jednom cyklu umožňují okamžité stlačení plynu 5-12krát

Jako chladivo v různých stádiích zkapalnění se používají následující:

• propan;
• metan;
• etan;
• dusík
• voda (moře a čištěná);
• vzduch.

Například pro primární chlazení zemního plynu v Yamal-LNG Novatek se používá chladný arktický vzduch, který umožňuje snížit teplotu suroviny s minimálními náklady okamžitě na +10 ° C. A v horkých letních měsících se místo toho plánuje používat mořskou vodu z Severního ledového oceánu, která je, bez ohledu na roční období, v hloubce 3-4 ° C.

Současně se jako konečné chladivo na poloostrově Yamal používá dusík získaný přímo na místě ze vzduchu. Výsledkem je, že Arktida poskytuje vše potřebné pro výrobu LNG - od zdroje zemního plynu po pracovní látky používané v procesu zkapalňování.

Propan se zkapalňuje podobným způsobem jako metan. K tomu jsou vyžadovány pouze chladicí teploty - méně 42 ° C oproti - 163 ° C. Proto zkapalnění plyn pro plynové nádrže stojí několikrát méně, ale výsledný propan-butan LPG samotný je na trhu méně žádoucí.

Přeprava a skladování

Téměř celý objem LNG je přepravován velkými námořními plynovými tankery z jednoho pobřeží na druhé. Přeprava po zemi je omezena potřebou udržovat teplotu „tekutého modrého paliva“ na hodnotách asi -160 ° C, jinak se metan začne přeměňovat v plynný stav a stává se výbušným.

Pro přepravu LPG se používají lahve o objemu 5–50 litrů s vnitřním tlakem do 1,5–2 MPa a většími objemy nádrže určené pro 5–17 MPa

Tlak v nádrži LNG je téměř atmosférický. Pokud však teplota kapalného metanu vzroste nad -160 ° C, začne se měnit z kapaliny na plyn. V důsledku toho začne tlak v nádrži stoupat, což představuje vážné nebezpečí. Tankery pro přepravu LNG jsou proto vybaveny zařízeními pro udržování nízkých teplot a výkonnou vrstvou tepelného izolátoru.

LPG se zplynuje přímo na plyn v palivové nádrži. A zpětné zplynování LNG se provádí ve speciálních průmyslových závodech bez přístupu kyslíku. Ve fyzice se kapalný metan postupně přeměňuje na plyn při pozitivní teplotě. Pokud se však toto stane přímo ve vzduchu mimo zvláštní podmínky, pak takový proces povede k explozi.

Poté, co je zemní plyn ve formě LNG zkapalněn v závodě, je transportován a pak znovu v závodě (pouze opětné odplynění) je přeměněn zpět do plynného stavu pro další použití.

Vyhlídky na zkapalněný vodík

Kromě přímého zkapalnění a použití v této formě lze ze zemního plynu získat ještě jeden nosič energie, vodík. Methan je CH₄propan C₃N₈ale butan C.₄N₁₀.

Vodíková složka je přítomna ve všech těchto fosilních palivech, stačí ji zvýraznit.

Hlavními výhodami vodíku jsou šetrnost k životnímu prostředí a rozšířený výskyt v přírodě, nicméně vysoká cena jeho zkapalnění a ztráty způsobené neustálým odpařováním tyto výhody prakticky ruší

Pro přenos vodíku z plynného stavu do kapaliny je třeba jej ochladit na -253 ° C. K tomu se používají vícestupňové chladicí systémy a kompresní / expanzní jednotky. I když jsou tyto technologie příliš drahé, pracuje se však na snižování jejich nákladů.

Doporučujeme také, abyste si přečetli náš další článek, kde jsme podrobně popsali, jak vyrobit generátor vodíku pro váš domov vlastními rukama. Více podrobností - go odkazem.

Na rozdíl od LPG a LNG je zkapalněný vodík mnohem výbušnější. Nejmenší únik ve spojení s kyslíkem poskytuje směs plynu a vzduchu, která se vznítí z nejmenší jiskry. A skladování kapalného vodíku je možné pouze ve speciálních kryogenních nádobách. Stále existuje příliš mnoho nevýhod vodíkových paliv.

Závěry a užitečné video na toto téma

Jak vyrábět zkapalněný plyn a proč je zkapalněný:

Vše o zkapalněných plynech:

Existuje několik technologií zkapalňování plynu. Mají své vlastní pro metan a své vlastní pro propan-butan. Zároveň je levnější získat LPG a přeprava / skladování je snazší a bezpečnější. Získání metanu LNG je nákladnější a složitější proces. Navíc její opětovné zplynování vyžaduje specializované vybavení. Současně je dnes na trhu poptávka po metanu, takže se ve velkých objemech zkapalňuje.

Máte objasňující otázky nebo svůj odborný názor na téma zkapalňování plynu? Možná budete muset něco přidat k výše uvedenému. Neváhejte se zeptat a / nebo komentovat článek v rámečku níže.