Kuinka ja miksi nesteytetty kaasu: tuotantoteknologia ja nestekaasun käyttömahdollisuudet

Maakaasun talteenottoon, kuljetukseen ja käsittelyyn liittyvät tekniikat kehittyvät nopeasti. Ja monet ovat tänään kuulleet lyhenteet LNG (LPG) ja LPG (LNG). Lähes joka toinen päivä maakaasupolttoaine mainitaan uutisissa yhdessä tai toisessa yhteydessä.

Mutta sinun on myönnettävä, että saadaksemme selkeän käsityksen siitä, mitä tapahtuu, on tärkeää ensin ymmärtää, kuinka kaasu nesteytetään, miksi se tehdään ja mitä hyötyjä se antaa tai ei. Ja tässä asiassa on monia vivahteita.

Kaasumaisten hiilivetyjen nesteyttämiseksi rakennetaan suuria korkean teknologian laitoksia. Seuraavaksi ymmärrämme huolellisesti: miksi kaikkea tätä tarvitaan ja miten se tapahtuu.

Miksi nesteyttää maakaasua?

Sinistä polttoainetta uutetaan maan suolistosta metaanin, etaanin, propaanin, butaanin, heliumin, typen, rikkivedyn ja muiden kaasujen sekä niiden erilaisten johdannaisten seoksena.

Jotkut niistä käytetään kemianteollisuudessa ja osa poltetaan kattiloissa tai turbiineissa lämmön ja sähkön tuottamiseksi. Lisäksi osaa uutetusta käytetään kaasumoottoripolttoaineena.

Kaasuteollisuuden laskelmat osoittavat, että jos sinistä polttoainetta on toimitettava vähintään 2500 km: n etäisyydeltä, niin nesteytetyssä muodossa on usein kannattavampaa tehdä tämä kuin putkijohdolla

Tärkein syy maakaasun nesteyttämiseen on sen kuljetusten yksinkertaistaminen pitkillä matkoilla. Jos kuluttaja ja kaasupolttoainekaivo sijaitsevat maalla lähellä toisiaan, on helpompaa ja kannattavampaa asentaa putki niiden välille. Mutta joissain tapauksissa moottoritien rakentaminen on liian kallista ja ongelmallista maantieteellisten vivahteiden vuoksi. Siksi he turvautuvat erilaisiin tekniikoihin nestemäisen nestekaasun tai nestekaasun tuottamiseksi.

Talous ja kuljetusturva

Kun kaasu on nesteytetty, se pumpataan jo nesteenä erityisissä astioissa kuljetettavaksi merillä, joella, tiellä ja / tai rautateitse.Tässä tapauksessa nesteyttäminen on teknisesti energian kannalta melko kallis prosessi.

Eri laitoksissa tämä vie jopa 25% alkuperäisestä polttoaineen määrästä. Toisin sanoen, tekniikan tarvitseman energian tuottamiseksi on poltettava korkeintaan 1 tonni nesteytetyn maakaasun kolmesta tonnista sitä valmiissa muodossa. Mutta maakaasulla on nyt suuri kysyntä, kaikki kannattaa.

Nesteytetyssä muodossa metaanin (propaani-butaani) tilavuus on 500-600 kertaa pienempi kuin kaasumaisessa tilassa

Vaikka maakaasu on nestemäisessä tilassa, se on palamaton ja räjähtämätön. Saatu vasta haihduttamisen jälkeen uudelleenkaasuttamisen aikana kaasuseos osoittautuu sopivaksi polttamiseen kattilatja keittotaso. Siksi, jos nesteytettyä maakaasua tai nestekaasua käytetään hiilivetypolttoaineena, ne on kaasutettava uudelleen.

Käyttö eri aloilla

Useimmiten termit “nesteytetty kaasu” ja “nesteytetty kaasu” mainitaan hiilivetyenergian kuljetuksen yhteydessä. Toisin sanoen ensimmäinen sinisen polttoaineen tuotanto tapahtuu, ja sitten se muunnetaan nestekaasuksi tai nesteytetyksi maakaasuksi. Seuraavaksi syntynyt neste kuljetetaan ja palautetaan sitten jälleen kaasumaiseen tilaan yhtä tai toista käyttöä varten.

LHG (nesteytetty öljykaasu), joka on 95% tai enemmän, koostuu propaani-butaaniseoksesta ja LNG (nesteytetty maakaasu) 85-95% metaanista. Nämä ovat samanlaisia ​​ja radikaalisti erilaisia ​​polttoaineita.

Propaanibutaanista peräisin olevaa nestekaasua käytetään pääasiassa:

• kaasumoottori polttoaine;
• polttoaine, joka ruiskutetaan itsenäisten lämmitysjärjestelmien kaasusäiliöihin;
• nesteet sytyttimien ja kaasupullojen tankkaamiseen, tilavuus 200 ml - 50 litraa.

LNG: tä tuotetaan yleensä yksinomaan kaukokuljetuksiin. Jos nestekaasun varastoimiseen on riittävästi kapasiteettia, joka kestää usean ilmakehän paineen, nesteytetyn metaanin vaaditaan erityiset kryogeeniset säiliöt.

Nesteytetyn maakaasun varastointilaitteet ovat erittäin teknisiä ja vievät paljon tilaa. Tällaisen polttoaineen käyttö autoissa ei ole kannattavaa sylintereiden korkeiden kustannusten vuoksi. Yksittäisten kokeellisten mallien muodossa olevat nesteytetyn maakaasun kuorma-autot kulkevat jo teillä, mutta henkilöautojen segmentissä tätä ”nestemäistä” polttoainetta ei todennäköisesti löydy laajasta käytöstä lähitulevaisuudessa.

Nestemäistä metaania polttoaineena käytetään nyt yhä enemmän toiminnassa:

• rautatieveturit;
• merialukset;
• jokikuljetukset.

Sen lisäksi, että nestekaasua ja nesteytettyä maakaasua käytetään energian kantajana, sitä käytetään myös suoraan nestemäisessä muodossa kaasu- ja petrokemian laitoksissa. He valmistavat erilaisia ​​muoveja ja muita hiilivetypohjaisia ​​materiaaleja.

Nestekaasun ja nesteytetyn maakaasun tuotantoteknologiat

Metaanin muuttamiseksi kaasusta nesteeksi se on jäähdytettävä -163 ° C: seen. Mutta propaani-butaani nesteytyy jo -40 ° C: ssa °C. Näin ollen tekniikka ja kustannukset ovat hyvin erilaisia ​​molemmissa tapauksissa.

Yksi litra LNG: tä on noin 1,38 kuutiometriä. m maakaasun lähteestä (tämä luku riippuu lämpötilasta ja paineesta), tilavuuden pieneneminen noin 620 kertaa

Maakaasun nesteyttämiseen käytetään seuraavia eri yritysten tekniikoita:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimoitu Cascade
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL et ai.

Kaikki ne perustuvat puristus- ja / tai lämmönvaihtoprosesseihin. Nesteytysoperaatio tapahtuu laitoksessa useissa vaiheissa, joiden aikana kaasu puristetaan asteittain ja jäähdytetään nestefaasiin siirtymisen lämpötilaan.

Kaasuseoksen valmistelu

Ennen raakamaakaasun nesteyttämistä on poistettava siitä vesi, helium, vety, typpi, rikkiyhdisteet ja muut epäpuhtaudet. Tätä varten kaasuseoksen syvän puhdistuksen adsorptioteknologiaa käytetään yleensä johtamalla se molekyyliseulojen läpi.

Sitten tapahtuu raaka-aineen valmistusvaihe, jonka aikana raskaat hiilivedyt poistetaan. Seurauksena on, että kaasuun jää vain etaania ja metaania (tai propaania ja butaania), joissa on vähemmän kuin 5% epäpuhtauksia, jotta tämä fraktio voi alkaa jäähtyä ja nesteyttää.

Alkuvalmistelut poistamalla maakaasusta kaikki tarpeeton tehdään jäähdytyslaitteiden suojaamiseksi veden, hiilidioksidin, rikkiyhdisteiden jne. Aggressiivisilta vaikutuksilta.

Fraktiointi antaa sinun päästä eroon haitallisista epäpuhtauksista ja varata vain pääkaasun myöhempää nesteyttämistä varten. 1 atm: n paineessa siirtymälämpötila nestemäiseen tilaan metaanille on -163 ° С, etaanille -88 ° С, propaanille -42 ° С ja butaanille -0,5 ° С.

Vain nämä lämpötilaerot selittävät syyn, miksi ne jaetaan fraktioihin ja vasta nesteyttävät laitokselle tulevaa kaasua. Kaikille kaasumaisille hiilivetyyhdisteille ei ole yhtä nesteytystekniikkaa. Jokaiselle heistä on välttämätöntä rakentaa ja soveltaa omaa tuotantolinjaa.

Tärkein nesteytysprosessi

Kaasun nestetilaan muuttamisen perusta on jäähdytyskierros, jonka aikana yksi tai toinen kylmäaine siirtää lämpöä matalan lämpötilan väliaineesta korkeamman väliaineen väliaineeseen. Tämä prosessi on monivaiheinen ja vaatii tehokkaiden kompressorien saatavuuden lämmönsiirtimen ja lämmönvaihtimien laajentamiseksi / supistamiseksi.

Pakkaustekniikat ovat korkean teknologian, energiaintensiivisiä ja kalliita, mutta yhdessä syklissä ne sallivat kaasun puristamisen heti 5–12 kertaa

Kylmäaineena nesteytymisen eri vaiheissa käytetään seuraavia:

• propaani;
• metaani;
• etaani;
• typpi;
• vesi (meri ja puhdistettu);
• ilmaa.

Esimerkiksi maakaasun primaarijäähdytykseen Yamal-LNG Novatekissa käytetään viileää arktista ilmaa, joka mahdollistaa raaka-aineen lämpötilan alentamisen välittömästi minimaalisin kustannuksin +10 ° C: seen. Ja kuumina kesäkuukausina sen sijaan on tarkoitus käyttää Pohjanmeren merivettä, joka on vuodenajasta riippumatta 3-4 ° C: n syvyydessä.

Samanaikaisesti suoraan paikasta ilmasta saatua typpeä käytetään lopullisena kylmäaineena Jamalin niemimaalla. Tämän seurauksena arktinen alue tarjoaa kaiken tarvittavan nesteytetyn maakaasun tuotantoon - maakaasun lähteestä nesteyttämisessä käytettäviin työaineisiin.

Propaani nesteytetään samalla tavalla kuin metaani. Vain jäähdytyslämpötilat vaaditaan siihen paljon vähemmän matalalla - miinus 42 ° C vastaan ​​miinus 163 ° C. Siksi nesteyttäminen kaasu kaasusäiliöihin maksaa useita kertoja vähemmän, mutta tuloksena oleva propaani-butaani-nestekaasu itsessään on vähemmän kysyttyä markkinoilla.

Kuljetus ja varastointi

Lähes koko nesteytetyn maakaasun määrä kuljetetaan suurilla merikaasusäiliöaluksilla rannikolta toiselle. Maakuljetuksia rajoittaa tarve pitää "nestemäisen sinisen polttoaineen" lämpötila arvoissa noin -160 ° C, muuten metaani alkaa muuttua kaasutilaan ja muuttuu räjähtäväksi.

Nestekaasun kuljetukseen käytetään 5–50 litran sylintereitä, joiden sisäinen paine on enintään 1,5–2 MPa ja suuremmat säiliökapasiteetit, jotka on suunniteltu 5–17 MPa: iin

Paine nesteytetyn maakaasun säiliössä on lähellä ilmakehän. Jos nestemäisen metaanin lämpötila nousee kuitenkin yli -160 ° C, niin se alkaa muuttua nestemäisestä kaasuksi. Seurauksena paine säiliössä alkaa nousta, mikä aiheuttaa vakavan vaaran. Siksi nesteytetyn maakaasun kuljettamiseen tarkoitetut säiliöalukset on varustettu laitteilla, jotka ylläpitävät matalia lämpötiloja, ja tehokkaalla kerroksella lämpöeristettä.

Nestekaasu kaasutetaan uudelleen kaasuksi suoraan kaasusäiliössä. Ja nesteytetyn maakaasun kaasutus tapahtuu erityisissä teollisuuslaitoksissa ilman happea. Fysiikassa nestemäinen metaani muuttuu vähitellen kaasuksi positiivisessa lämpötilassa. Jos tämä tapahtuu kuitenkin suoraan ilmassa erityisolosuhteiden ulkopuolella, tällainen prosessi johtaa räjähdykseen.

Sen jälkeen kun nesteytetyn maakaasun muodossa oleva maakaasu nesteytetään laitoksessa, se kuljetetaan ja sitten jälleen laitoksessa (vain kaasuttaminen) muunnetaan takaisin kaasumaiseen tilaan myöhempää käyttöä varten.

Nesteytetyn vedyn näkymät

Suoran nesteyttämisen ja tässä muodossa tapahtuvan käytön lisäksi luonnonkaasusta voidaan saada vielä yksi energian kantaja, vety. Metaani on CH₄propaani C₃H₈mutta butaani C₄H₁₀.

Vetykomponenttia on läsnä kaikissa näissä fossiilisissa polttoaineissa, sinun on vain korostettava sitä.

Vedyn tärkeimmät edut ovat ympäristöystävällisyys ja laajalle levinnyt esiintyminen luonnossa, mutta sen nesteytymisen korkea hinta ja jatkuvasta haihtumisesta johtuvat menetykset käytännössä mitätöivät nämä edut

Vedyn siirtämiseksi kaasutilasta nesteeseen se on jäähdytettävä -253 ° C: seen. Tätä varten käytetään monivaiheisia jäähdytysjärjestelmiä ja puristus- / laajennusyksiköitä. Tällaiset tekniikat ovat liian kalliita, mutta niiden kustannusten alentamiseksi tehdään työtä.

Suosittelemme myös lukemaan toista artikkeliamme, jossa kuvailimme yksityiskohtaisesti kuinka tehdä vetygeneraattori kotisi omilla käsillä. Lisätietoja - mene linkin kautta.

Lisäksi, toisin kuin nestekaasu ja nesteytetty maakaasu, nesteytetty vety on paljon räjähtävämpi. Pienin hapen yhteydessä oleva vuoto antaa kaasu-ilma-seoksen, joka syttyy pienimmästä kipinöstä. Nestemäisen vedyn varastointi on mahdollista vain erityisissä kryogeenisissä astioissa. Vetypolttoaineita on edelleen liian paljon.

Päätelmät ja hyödyllinen video aiheesta

Kuinka tuottaa nesteytettyä kaasua ja miksi se nesteytetään:

Kaikki nesteytetyistä kaasuista:

Kaasun nesteytystekniikoita on useita. Heillä on omat metaanille ja omat propaani-butaanille. Samaan aikaan nestekaasun hankkiminen on halvempaa, ja kuljetus / varastointi on helpompaa ja turvallisempaa. Metaanin LNG: n hankkiminen on kalliimpaa ja monimutkaisempaa prosessia. Lisäksi sen uudelleenkaasutus vaatii erikoislaitteita. Samalla metaania on nykyään enemmän kysyntää markkinoilla, joten se nesteytetään paljon suurina määrinä.

Onko sinulla selkeyttäviä kysymyksiä tai asiantuntija-mielipiteesi kaasun nesteyttämisestä? Ehkä sinulla on jotain lisättävää yllä olevaan. Voit kysyä ja / tai kommentoida artikkelia alla olevassa ruudussa.