Πώς και γιατί υγροποιημένο αέριο: τεχνολογία παραγωγής και πεδίο χρήσης υγροποιημένου αερίου

Οι τεχνολογίες που σχετίζονται με την εξόρυξη, μεταφορά και επεξεργασία φυσικού αερίου αναπτύσσονται ραγδαία. Και πολλοί σήμερα έχουν ακούσει τις συντομογραφίες LNG (LPG) και LPG (LNG). Σχεδόν κάθε δεύτερη μέρα, το καύσιμο φυσικού αερίου αναφέρεται στις ειδήσεις σε ένα πλαίσιο ή άλλο.

Όμως, πρέπει να παραδεχτείτε, για να έχετε μια σαφή κατανόηση του τι συμβαίνει, είναι σημαντικό να κατανοήσετε αρχικά πώς υγροποιείται το αέριο, γιατί γίνεται αυτό και τι οφέλη δίνει ή δεν δίνει. Και υπάρχουν πολλές αποχρώσεις σε αυτό το θέμα.

Για την υγροποίηση των αερίων υδρογονανθράκων, κατασκευάζονται μεγάλες εγκαταστάσεις υψηλής τεχνολογίας. Στη συνέχεια, θα καταλάβουμε προσεκτικά: γιατί όλα αυτά χρειάζονται και πώς συμβαίνει.

Γιατί υγρό φυσικό αέριο;

Το μπλε καύσιμο εξάγεται από τα έντερα της γης ως μείγμα μεθανίου, αιθανίου, προπανίου, βουτανίου, ηλίου, αζώτου, υδρόθειου και άλλων αερίων, καθώς και τα διάφορα παράγωγά τους.

Μερικά από αυτά χρησιμοποιούνται στη χημική βιομηχανία και μερικά καίγονται σε λέβητες ή στρόβιλους για την παραγωγή θερμότητας και ηλεκτρικής ενέργειας. Επιπλέον, μερικά από τα εξαγόμενα χρησιμοποιούνται ως καύσιμο κινητήρα αερίου.

Οι υπολογισμοί της βιομηχανίας φυσικού αερίου δείχνουν ότι εάν το μπλε καύσιμο πρέπει να παραδοθεί σε απόσταση 2.500 km ή περισσότερο, τότε σε υγροποιημένη μορφή είναι συχνά πιο κερδοφόρο να το κάνετε αυτό παρά με αγωγό

Ο κύριος λόγος για την υγροποίηση του φυσικού αερίου είναι η απλοποίηση της μεταφοράς του σε μεγάλες αποστάσεις. Εάν ο καταναλωτής και το φρεάτιο καυσίμου αερίου βρίσκονται σε στεριά μεταξύ τους, είναι ευκολότερο και πιο κερδοφόρο να τοποθετήσετε ένα σωλήνα μεταξύ τους. Αλλά σε ορισμένες περιπτώσεις, η κατασκευή αυτοκινητόδρομου είναι πολύ ακριβή και προβληματική λόγω γεωγραφικών αποχρώσεων. Ως εκ τούτου, καταφεύγουν σε διάφορες τεχνολογίες για την παραγωγή LNG ή LPG σε υγρή μορφή.

Οικονομικά και Ασφάλεια Μεταφορών

Αφού υγροποιηθεί το αέριο, αντλείται ήδη με τη μορφή υγρού σε ειδικά δοχεία για θαλάσσια, ποτάμια, οδική ή / και σιδηροδρομική μεταφορά.Σε αυτήν την περίπτωση, τεχνολογικά, η υγροποίηση είναι μια αρκετά δαπανηρή διαδικασία από ενεργειακή άποψη.

Σε διαφορετικά εργοστάσια, αυτό καταναλώνει έως και 25% του αρχικού όγκου καυσίμου. Δηλαδή, για να παραχθεί η ενέργεια που απαιτείται από την τεχνολογία, πρέπει να κάψετε έως και 1 τόνο ΥΦΑ για κάθε τρεις τόνους σε τελική μορφή. Αλλά το φυσικό αέριο έχει πλέον μεγάλη ζήτηση, όλα αποδίδουν.

Σε υγροποιημένη μορφή, το μεθάνιο (προπάνιο-βουτάνιο) καταλαμβάνει 500-600 φορές μικρότερο όγκο από ό, τι στην αέρια κατάσταση

Ενώ το φυσικό αέριο βρίσκεται σε υγρή κατάσταση, δεν είναι εύφλεκτο και μη εκρηκτικό. Λαμβάνεται μόνο μετά την εξάτμιση κατά την επαναεριοποίηση μείγμα αερίων αποδεικνύεται κατάλληλο για καύση λέβητεςκαι μαγειρικές εστίες. Επομένως, εάν το ΥΦΑ ή το υγραέριο χρησιμοποιούνται ως καύσιμο υδρογονάνθρακα, τότε πρέπει να επαναεριοποιηθούν.

Χρήση σε διάφορα πεδία

Τις περισσότερες φορές, οι όροι «υγροποιημένο αέριο» και «υγροποιημένο αέριο» αναφέρονται στο πλαίσιο της μεταφοράς ενέργειας υδρογονανθράκων. Δηλαδή, πραγματοποιείται η πρώτη παραγωγή μπλε καυσίμου και μετά η μετατροπή του σε LPG ή LNG. Στη συνέχεια, το προκύπτον υγρό μεταφέρεται και στη συνέχεια επιστρέφεται ξανά στην αέρια κατάσταση για μία ή άλλη εφαρμογή.

Το LHG (υγροποιημένο αέριο πετρελαίου) για 95% και περισσότερο αποτελείται από ένα μείγμα προπανίου-βουτανίου και LNG (υγροποιημένο φυσικό αέριο) για το 85-95% του μεθανίου. Αυτοί είναι παρόμοιοι και ριζικά διαφορετικοί τύποι καυσίμων.

Το υγραέριο προπανίου-βουτανίου χρησιμοποιείται κυρίως ως:

• καύσιμο κινητήρα αερίου ·
• καύσιμο για έγχυση σε δεξαμενές αερίου αυτόνομων συστημάτων θέρμανσης ·
• υγρά για ανεφοδιασμό αναπτήρων και κυλίνδρων αερίου χωρητικότητας 200 ml έως 50 λίτρων.

Το LNG παράγεται συνήθως αποκλειστικά για μεταφορές μεγάλων αποστάσεων. Εάν υπάρχει αρκετή χωρητικότητα αποθήκευσης υγραερίου που μπορεί να αντέξει πίεση αρκετών ατμοσφαιρών, τότε για υγροποιημένο μεθάνιο απαιτούνται ειδικές κρυογονικές δεξαμενές.

Ο εξοπλισμός αποθήκευσης ΥΦΑ είναι εξαιρετικά τεχνολογικός και καταλαμβάνει πολύ χώρο. Η χρήση τέτοιων καυσίμων σε αυτοκίνητα δεν είναι κερδοφόρα λόγω του υψηλού κόστους των κυλίνδρων. Τα φορτηγά LNG με τη μορφή μεμονωμένων πειραματικών μοντέλων οδηγούν ήδη στους δρόμους, αλλά στην κατηγορία επιβατικών αυτοκινήτων αυτό το «υγρό» καύσιμο είναι απίθανο να βρει ευρεία εφαρμογή στο εγγύς μέλλον.

Το υγροποιημένο μεθάνιο ως καύσιμο χρησιμοποιείται πλέον όλο και περισσότερο στη λειτουργία:

• σιδηροδρομικές μηχανές ·
• θαλάσσια σκάφη
• μεταφορά ποταμών.

Εκτός από τη χρήση τους ως φορέας ενέργειας, τα υγραέριο και LNG χρησιμοποιούνται επίσης απευθείας σε υγρή μορφή σε εργοστάσια φυσικού αερίου και πετροχημικών. Κατασκευάζουν διάφορα πλαστικά και άλλα υλικά με βάση υδρογονάνθρακες.

Τεχνολογίες παραγωγής LPG και LNG

Για να μετατρέψετε το μεθάνιο από αέριο σε υγρό, πρέπει να ψυχθεί στους -163 ° C. Αλλά οι υγροί προπανίου-βουτανίου βρίσκονται ήδη στους -40 °Γ. Κατά συνέπεια, η τεχνολογία και το κόστος είναι πολύ διαφορετικά και στις δύο περιπτώσεις.

Ένα λίτρο LNG είναι περίπου 1,38 κυβικά μέτρα. m της πηγής φυσικού αερίου (αυτός ο αριθμός εξαρτάται από τη θερμοκρασία και την πίεση), μείωση του όγκου περίπου 620 φορές

Οι ακόλουθες τεχνολογίες από διαφορετικές εταιρείες χρησιμοποιούνται για την υγροποίηση του φυσικού αερίου:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Βελτιστοποιημένος καταρράκτης
• DMR;
• ΤΙΜΗ;
• MFC
• Οι GTL et al.

Όλα βασίζονται στις διαδικασίες συμπίεσης και / ή ανταλλαγής θερμότητας. Η λειτουργία υγροποίησης πραγματοποιείται στην εγκατάσταση σε διάφορα στάδια, κατά τα οποία το αέριο συμπιέζεται σταδιακά και ψύχεται στη θερμοκρασία της μετάβασης στην υγρή φάση.

Παρασκευή μείγματος αερίου

Πριν ξεκινήσετε την υγροποίηση του ακατέργαστου φυσικού αερίου, απαιτείται η απομάκρυνση του νερού, του ηλίου, του υδρογόνου, του αζώτου, των ενώσεων θείου και άλλων ακαθαρσιών από αυτό. Γι 'αυτό, η τεχνολογία προσρόφησης του βαθιού καθαρισμού ενός μείγματος αερίων εφαρμόζεται συνήθως περνώντας το μέσω μοριακών κόσκινων.

Στη συνέχεια, συμβαίνει το δεύτερο στάδιο παρασκευής της πρώτης ύλης, κατά την οποία αφαιρούνται οι βαριοί υδρογονάνθρακες. Ως αποτέλεσμα, μόνο το αιθάνιο και το μεθάνιο (ή το προπάνιο και το βουτάνιο) με λιγότερο από 5% ακαθαρσίες παραμένουν στο αέριο έτσι ώστε αυτό το κλάσμα να μπορεί να αρχίσει να ψύχεται και να υγροποιείται.

Η αρχική προετοιμασία με την απομάκρυνση όλων των περιττών από το φυσικό αέριο γίνεται για την προστασία του ψυκτικού εξοπλισμού από τις επιθετικές επιδράσεις του νερού, του διοξειδίου του άνθρακα, των ενώσεων θείου κ.λπ.

Η κλασμάτωση σάς επιτρέπει να απαλλαγείτε από επιβλαβείς ακαθαρσίες και να διαθέσετε μόνο το κύριο αέριο για μετέπειτα υγροποίηση. Σε πίεση 1 atm, η θερμοκρασία μετάβασης στην υγρή κατάσταση για το μεθάνιο είναι -163 ° С, για το αιθάνιο -88 ° С, για το προπάνιο -42 ° С, και για το βουτάνιο -0,5 ° С.

Μόνο αυτές οι διαφορές θερμοκρασίας εξηγούν τον λόγο για τον οποίο χωρίζονται σε κλάσματα και μόνο τότε υγροποιούν το αέριο που εισέρχεται στην εγκατάσταση. Δεν υπάρχει μοναδική τεχνολογία υγροποίησης για όλους τους τύπους αέριων υδρογονανθράκων. Για καθένα από αυτά είναι απαραίτητο να χτιστεί και να εφαρμοστεί η δική του γραμμή παραγωγής.

Η κύρια διαδικασία υγροποίησης

Η βάση για τη μετατροπή του αερίου σε υγρή κατάσταση είναι ο κύκλος ψύξης, κατά τον οποίο η θερμότητα μεταφέρεται από ένα ψυκτικό ή άλλο από ένα μέσο με χαμηλή θερμοκρασία σε ένα μέσο με υψηλότερο. Αυτή η διαδικασία είναι πολλαπλών σταδίων και απαιτεί τη διαθεσιμότητα ισχυρών συμπιεστών για επέκταση / συστολή του φορέα θερμότητας και των εναλλακτών θερμότητας.

Οι τεχνολογίες συμπίεσης είναι υψηλής τεχνολογίας, υψηλής έντασης ενέργειας και δαπανηρές, αλλά σε έναν κύκλο επιτρέπουν τη συμπίεση του αερίου αμέσως 5-12 φορές

Ως ψυκτικό σε διαφορετικά στάδια υγροποίησης, χρησιμοποιούνται τα ακόλουθα:

• προπάνιο;
• μεθάνιο;
• αιθάνιο;
• άζωτο
• νερό (θάλασσα και καθαρισμένο) ·
• τον αέρα.

Για παράδειγμα, για την αρχική ψύξη φυσικού αερίου στο Yamal-LNG Novatek, χρησιμοποιείται δροσερός Αρκτικός αέρας, ο οποίος επιτρέπει τη μείωση της θερμοκρασίας της πρώτης ύλης με ελάχιστο κόστος αμέσως στους +10 ° С. Και τους ζεστούς καλοκαιρινούς μήνες, αντί αυτού, έχει προγραμματιστεί η χρήση θαλασσινού νερού από τον Αρκτικό Ωκεανό, το οποίο, ανεξάρτητα από την εποχή του χρόνου, βρίσκεται σε βάθος 3-4 ° C.

Ταυτόχρονα, το άζωτο που λαμβάνεται απευθείας επί τόπου από τον αέρα χρησιμοποιείται ως το τελικό ψυκτικό στη χερσόνησο Yamal. Ως αποτέλεσμα, η Αρκτική παρέχει όλα τα απαραίτητα για την παραγωγή ΥΦΑ - από την πηγή φυσικού αερίου έως τους παράγοντες που χρησιμοποιούνται στη διαδικασία υγροποίησης.

Το προπάνιο υγροποιείται με παρόμοιο τρόπο με το μεθάνιο. Απαιτούνται μόνο θερμοκρασίες ψύξης πολύ λιγότερο - μείον 42 ° C έναντι μείον 163 ° C. Ως εκ τούτου υγροποίηση αέριο για δεξαμενές αερίου κοστίζει αρκετές φορές λιγότερο, αλλά το προκύπτον υγραέριο προπανίου-βουτανίου είναι λιγότερο ζήτημα στην αγορά.

Μεταφορά και αποθήκευση

Σχεδόν ολόκληρος ο όγκος του ΥΦΑ μεταφέρεται από μεγάλα δεξαμενόπλοια θαλάσσιου αερίου από τη μια ακτή στην άλλη. Η χερσαία μεταφορά περιορίζεται από την ανάγκη διατήρησης της θερμοκρασίας του "υγρού μπλε καυσίμου" σε τιμές περίπου -160 ° C, διαφορετικά το μεθάνιο αρχίζει να μετατρέπεται σε κατάσταση αερίου και γίνεται εκρηκτικό.

Κύλινδροι 5–50 λίτρων με εσωτερική πίεση έως 1,5-2 MPa και μεγαλύτερες χωρητικότητες δεξαμενής σχεδιασμένες για 5–17 MPa χρησιμοποιούνται για μεταφορά LPG

Η πίεση στη δεξαμενή ΥΦΑ είναι κοντά στην ατμοσφαιρική. Ωστόσο, εάν η θερμοκρασία του υγρού μεθανίου αυξηθεί πάνω από τους -160 ° C, τότε θα αρχίσει να μετατρέπεται από υγρό σε αέριο. Ως αποτέλεσμα, η πίεση στη δεξαμενή θα αρχίσει να αυξάνεται, γεγονός που ενέχει σοβαρό κίνδυνο. Επομένως, τα δεξαμενόπλοια μεταφοράς LNG είναι εξοπλισμένα με εγκαταστάσεις για τη διατήρηση χαμηλών θερμοκρασιών και ένα ισχυρό στρώμα θερμομονωτικού.

Το υγραέριο επαναπροσδιορίζεται σε αέριο απευθείας στη δεξαμενή αερίου. Και η επαναεριοποίηση ΥΦΑ πραγματοποιείται σε ειδικές βιομηχανικές εγκαταστάσεις χωρίς πρόσβαση σε οξυγόνο. Στη φυσική, το υγρό μεθάνιο μετατρέπεται σταδιακά σε αέριο σε θετική θερμοκρασία. Ωστόσο, εάν αυτό συμβαίνει απευθείας στον αέρα εκτός ειδικών συνθηκών, τότε μια τέτοια διαδικασία θα οδηγήσει σε έκρηξη.

Αφού το φυσικό αέριο με τη μορφή ΥΦΑ υγροποιηθεί στο εργοστάσιο, μεταφέρεται και στη συνέχεια πάλι στο εργοστάσιο (μόνο επαναεριοποίηση) μετατρέπεται ξανά σε αέρια κατάσταση για περαιτέρω χρήση.

Προοπτικές για υγροποιημένο υδρογόνο

Εκτός από την άμεση ρευστοποίηση και χρήση σε αυτήν τη μορφή, ένας ακόμη φορέας ενέργειας, υδρογόνο, μπορεί επίσης να ληφθεί από φυσικό αέριο. Το μεθάνιο είναι CH₄προπάνιο Γ₃Ν₈αλλά βουτάνιο Γ₄Ν₁₀.

Το συστατικό υδρογόνου υπάρχει σε όλα αυτά τα ορυκτά καύσιμα, απλά πρέπει να το επισημάνετε.

Τα κύρια πλεονεκτήματα του υδρογόνου είναι η φιλικότητα προς το περιβάλλον και η εκτεταμένη εμφάνιση στη φύση, ωστόσο, η υψηλή τιμή της υγροποίησης και οι απώλειες λόγω της συνεχούς εξάτμισης ακυρώνουν αυτά τα πλεονεκτήματα πρακτικά

Για τη μεταφορά υδρογόνου από μια κατάσταση αερίου σε ένα υγρό, πρέπει να ψυχθεί στους -253 ° C. Για αυτό, χρησιμοποιούνται συστήματα ψύξης πολλαπλών σταδίων και μονάδες συμπίεσης / επέκτασης. Παρόλο που τέτοιες τεχνολογίες είναι πολύ ακριβές, αλλά γίνονται εργασίες για τη μείωση του κόστους τους.

Σας προτείνουμε επίσης να διαβάσετε το άλλο μας άρθρο, όπου περιγράψαμε λεπτομερώς πώς να φτιάξετε μια γεννήτρια υδρογόνου για το σπίτι σας με τα χέρια σας. Περισσότερες λεπτομέρειες - πηγαίνετε μέσω συνδέσμου.

Επίσης, σε αντίθεση με το LPG και το LNG, το υγροποιημένο υδρογόνο είναι πολύ πιο εκρηκτικό. Η μικρότερη διαρροή σε σχέση με το οξυγόνο δίνει ένα μείγμα αερίου-αέρα, το οποίο αναφλέγεται από την παραμικρή σπίθα. Και η αποθήκευση υγρού υδρογόνου είναι δυνατή μόνο σε ειδικούς κρυογονικούς περιέκτες. Υπάρχουν ακόμη πάρα πολλά μειονεκτήματα καυσίμου υδρογόνου.

Συμπεράσματα και χρήσιμο βίντεο σχετικά με το θέμα

Πώς να παράγετε υγροποιημένο αέριο και γιατί υγροποιείται:

Όλα για υγροποιημένα αέρια:

Υπάρχουν αρκετές τεχνολογίες υγροποίησης αερίου. Έχουν το δικό τους για το μεθάνιο και το δικό τους για το προπάνιο-βουτάνιο. Ταυτόχρονα, είναι φθηνότερο να λαμβάνετε υγραέριο και η μεταφορά / αποθήκευση είναι ευκολότερη και ασφαλέστερη. Η απόκτηση LNG μεθανίου είναι μια πιο ακριβή και πολύπλοκη διαδικασία. Επιπλέον, η επαναεριοποίηση απαιτεί εξειδικευμένο εξοπλισμό. Ταυτόχρονα, το μεθάνιο έχει μεγαλύτερη ζήτηση στην αγορά σήμερα, οπότε υγροποιείται σε μεγάλες ποσότητες.

Έχετε αποσαφηνιστικές ερωτήσεις ή τη γνώμη των ειδικών σας σχετικά με το θέμα της υγροποίησης αερίου; Ίσως έχετε κάτι να προσθέσετε στα παραπάνω. Μη διστάσετε να ρωτήσετε ή / και να σχολιάσετε το άρθρο στο παρακάτω πλαίσιο.