Come e perché gas liquefatto: tecnologia di produzione e ambito di utilizzo del gas liquefatto

Le tecnologie relative all'estrazione, al trasporto e alla lavorazione del gas naturale si stanno sviluppando rapidamente. E molti oggi hanno sentito le abbreviazioni LNG (GPL) e GPL (GNL). Quasi ogni altro giorno, il carburante a gas naturale è menzionato nelle notizie in un contesto o in un altro.

Ma, devi ammettere, per avere una chiara comprensione di ciò che sta accadendo, è importante capire inizialmente come il gas viene liquefatto, perché questo viene fatto e quali benefici dà o non dà. E ci sono molte sfumature in questa materia.

Per liquefare gli idrocarburi gassosi, sono in costruzione grandi impianti ad alta tecnologia. Successivamente, capiremo attentamente: perché tutto ciò è necessario e come succede.

Perché liquefare il gas naturale?

Il combustibile blu viene estratto dalle viscere della terra come una miscela di metano, etano, propano, butano, elio, azoto, idrogeno solforato e altri gas, nonché i loro vari derivati.

Alcuni di essi sono utilizzati nell'industria chimica e alcuni vengono bruciati in caldaie o turbine per generare calore ed elettricità. Inoltre, parte dell'estratto viene utilizzato come carburante per motori a gas.

I calcoli dell'industria del gas mostrano che se il carburante blu deve essere erogato a una distanza di almeno 2500 km, quindi in forma liquefatta è spesso più redditizio farlo rispetto alla pipeline

Il motivo principale per la liquefazione del gas naturale è la semplificazione del suo trasporto su lunghe distanze. Se il consumatore e il pozzo di gas si trovano su terreni vicini tra loro, è più facile e redditizio posare un tubo tra di loro. Ma in alcuni casi, la costruzione di un'autostrada è troppo costosa e problematica a causa delle sfumature geografiche. Pertanto, ricorrono a varie tecnologie per la produzione di GNL o GPL in forma liquida.

Economia e sicurezza dei trasporti

Dopo che il gas è liquefatto, viene già pompato sotto forma di liquido in contenitori speciali per il trasporto via mare, fiume, strada e / o ferrovia.In questo caso, tecnologicamente, la liquefazione è un processo abbastanza costoso dal punto di vista energetico.

In diversi impianti, ciò richiede fino al 25% del volume iniziale di carburante. Cioè, per generare l'energia necessaria alla tecnologia, devi bruciare fino a 1 tonnellata di GNL ogni tre tonnellate in forma finita. Ma il gas naturale è oggi molto richiesto, tutto paga.

In forma liquefatta, il metano (propano-butano) occupa un volume di 500-600 volte inferiore rispetto allo stato gassoso

Mentre il gas naturale è allo stato liquido, non è combustibile e non è esplosivo. Ottenuto solo dopo l'evaporazione durante la rigassificazione miscela di gas risulta essere adatto per la combustione caldaiee piani cottura. Pertanto, se si utilizza GNL o GPL come combustibile idrocarburico, è necessario rigassificarli.

Utilizzare in vari campi

Molto spesso, i termini "gas liquefatto" e "gas liquefatto" sono menzionati nel contesto del trasporto di energia idrocarburica. Cioè, si verifica la prima produzione di combustibile blu e quindi la sua conversione in GPL o GNL. Successivamente, il liquido risultante viene trasportato e quindi nuovamente riportato allo stato gassoso per una o un'altra applicazione.

L'LHG (gas di petrolio liquefatto) per il 95% e oltre è costituito da una miscela propano-butano e il GNL (gas naturale liquefatto) per l'85-95% di metano. Questi sono tipi di carburante simili e radicalmente diversi.

Il GPL da propano-butano viene utilizzato principalmente come:

• carburante per motori a gas;
• carburante per iniezione in serbatoi di gas di sistemi di riscaldamento autonomi;
• liquidi per rifornimento di carburante accendini e bombole di gas con una capacità da 200 ml a 50 litri.

Il GNL viene solitamente prodotto esclusivamente per il trasporto a lunga distanza. Se la capacità è sufficiente per immagazzinare GPL in grado di resistere alla pressione di più atmosfere, sono necessari speciali serbatoi criogenici per metano liquefatto.

Le apparecchiature di stoccaggio del GNL sono altamente tecnologiche e occupano molto spazio. L'uso di tale carburante nelle auto non è redditizio a causa dell'elevato costo dei cilindri. I camion per GNL sotto forma di singoli modelli sperimentali guidano già sulle strade, ma nel segmento delle autovetture è improbabile che questo carburante "liquido" trovi ampia applicazione nel prossimo futuro.

Il metano liquefatto come combustibile è ora sempre più utilizzato durante il funzionamento:

• locomotive ferroviarie;
• navi marittime;
• trasporto fluviale.

Oltre ad essere utilizzati come vettore energetico, il GPL e il GNL sono anche usati direttamente in forma liquida negli impianti gas e petrolchimici. Producono varie materie plastiche e altri materiali a base di idrocarburi.

Tecnologie per la produzione di GPL e GNL

Per convertire il metano da gas a liquido, deve essere raffreddato a -163 ° C. Ma il propano-butano si liquefa già a -40 °C. Di conseguenza, la tecnologia e i costi sono molto diversi in entrambi i casi.

Un litro di GNL è di circa 1,38 metri cubi. m della fonte di gas naturale (questa cifra dipende dalla temperatura e dalla pressione), una diminuzione del volume di circa 620 volte

Le seguenti tecnologie di diverse aziende vengono utilizzate per liquefarre il gas naturale:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Cascata ottimizzata
• DMR;
• prico;
• MFC;
• GTL et al.

Tutti si basano sui processi di compressione e / o scambio di calore. L'operazione di liquefazione avviene nell'impianto in più fasi, durante le quali il gas viene gradualmente compresso e raffreddato alla temperatura del passaggio alla fase liquida.

Preparazione della miscela di gas

Prima di iniziare la liquefazione del gas naturale grezzo, è necessario rimuovere da esso acqua, elio, idrogeno, azoto, composti dello zolfo e altre impurità. Per questo, la tecnologia di adsorbimento della purificazione profonda di una miscela di gas viene solitamente applicata passandola attraverso setacci molecolari.

Quindi si verifica la seconda fase di preparazione della materia prima, durante la quale vengono rimossi gli idrocarburi pesanti. Di conseguenza, nel gas rimangono solo etano e metano (o propano e butano) con meno del 5% di impurità, in modo che questa frazione possa iniziare a essere raffreddata e liquefatta.

La preparazione iniziale con la rimozione di tutto il superfluo dal gas naturale viene eseguita per proteggere le apparecchiature di refrigerazione dagli effetti aggressivi di acqua, anidride carbonica, composti dello zolfo, ecc.

Il frazionamento consente di eliminare le impurità dannose e di allocare solo il gas principale per la successiva liquefazione. Ad una pressione di 1 atm, la temperatura di transizione allo stato liquido per metano è -163 ° C, per etano -88 ° C, per propano -42 ° C e per butano -0,5 ° C.

Proprio queste differenze di temperatura spiegano il motivo per cui sono divise in frazioni e solo allora liquefanno il gas che entra nell'impianto. Non esiste una singola tecnologia di liquefazione per tutti i tipi di composti gassosi di idrocarburi. Per ognuno di essi è necessario costruire e applicare la propria linea di produzione.

Il principale processo di liquefazione

La base per convertire il gas in uno stato liquido è il ciclo di refrigerazione, durante il quale il calore viene trasferito da un refrigerante o un altro da un mezzo a bassa temperatura a un mezzo con uno superiore. Questo processo è a più stadi e richiede la disponibilità di potenti compressori per l'espansione / contrazione del vettore di calore e degli scambiatori di calore.

Le tecnologie di compressione sono high-tech, ad alta intensità energetica e costose, ma in un ciclo consentono di comprimere immediatamente il gas 5-12 volte

Come refrigerante in diverse fasi di liquefazione, vengono utilizzati:

• propano;
• metano;
• etano;
• azoto;
• acqua (mare e purificata);
• l'aria.

Ad esempio, per il raffreddamento primario del gas naturale presso Yamal-LNG Novatek, viene utilizzata l'aria artica fredda, che consente di abbassare la temperatura della materia prima con costi minimi immediatamente a +10 ° С. E nei caldi mesi estivi, invece, si prevede di utilizzare l'acqua di mare dell'Oceano Artico, che, indipendentemente dal periodo dell'anno, è a una profondità di 3-4 ° C.

Allo stesso tempo, l'azoto ottenuto direttamente sul posto dall'aria viene utilizzato come refrigerante finale nella penisola di Yamal. Di conseguenza, l'Artico fornisce tutto il necessario per la produzione di GNL, dalla fonte di gas naturale agli agenti di lavoro utilizzati nel processo di liquefazione.

Il propano viene liquefatto in modo simile al metano. Sono richieste solo temperature di raffreddamento molto meno basse - meno 42 ° C contro meno 163 ° C. Pertanto liquefazione gas per serbatoi di gas costa molte volte di meno, ma il GPL propano-butano che ne risulta è meno richiesto sul mercato.

Trasporto e stoccaggio

Quasi l'intero volume di GNL viene trasportato da grandi navi cisterna per gas di mare da una costa all'altra. Il trasporto via terra è limitato dalla necessità di mantenere la temperatura del "combustibile liquido blu" a valori di circa -160 ° C, altrimenti il ​​metano inizia a trasformarsi in uno stato gassoso e diventa esplosivo.

Bombole da 5 a 50 litri con pressione interna fino a 1,5–2 MPa e capacità del serbatoio più grandi progettate per 5-17 MPa sono utilizzate per il trasporto di GPL

La pressione nel serbatoio del GNL è vicina all'atmosfera. Tuttavia, se la temperatura del metano liquido supera i -160 ° C, inizierà a passare da liquido a gas. Di conseguenza, la pressione nel serbatoio inizierà a salire, il che rappresenta un grave pericolo. Pertanto, le navi cisterna per il trasporto di GNL sono dotate di impianti per il mantenimento di basse temperature e un potente strato di isolante termico.

Il GPL viene rigassificato in gas direttamente nel serbatoio del gas. E la rigassificazione del GNL viene effettuata in impianti industriali speciali senza accesso all'ossigeno. In fisica, il metano liquido viene gradualmente convertito in gas a temperatura positiva. Tuttavia, se ciò accade direttamente nell'aria al di fuori di condizioni speciali, questo processo provoca un'esplosione.

Dopo che il gas naturale sotto forma di GNL viene liquefatto nell'impianto, viene trasportato e quindi nuovamente nell'impianto (solo rigassificazione) viene riconvertito in uno stato gassoso per un ulteriore uso.

Prospettive di idrogeno liquefatto

Oltre alla liquefazione diretta e all'utilizzo in questa forma, è possibile ottenere anche un altro vettore di energia, l'idrogeno, dal gas naturale. Il metano è CH₄propano C₃H₈ma butano C₄H₁₀.

Il componente idrogeno è presente in tutti questi combustibili fossili, è sufficiente evidenziarlo.

I principali vantaggi dell'idrogeno sono la compatibilità ambientale e la presenza diffusa in natura, tuttavia, l'alto prezzo della sua liquefazione e perdite dovute alla costante evaporazione annullano praticamente questi vantaggi

Per trasferire l'idrogeno da uno stato gassoso a un liquido, deve essere raffreddato a -253 ° C. Per questo, vengono utilizzati sistemi di raffreddamento multistadio e unità di compressione / espansione. Mentre tali tecnologie sono troppo costose, ma si sta lavorando per ridurne i costi.

Ti consigliamo anche di leggere il nostro altro articolo, in cui abbiamo descritto in dettaglio come realizzare un generatore di idrogeno per la tua casa con le tue mani. Maggiori dettagli - vai tramite link.

Inoltre, a differenza del GPL e del GNL, l'idrogeno liquefatto è molto più esplosivo. La più piccola perdita in relazione all'ossigeno produce una miscela gas-aria, che si accende dalla minima scintilla. E l'immagazzinamento di idrogeno liquido è possibile solo in speciali contenitori criogenici. Ci sono ancora troppi contro di idrogeno.

Conclusioni e video utili sull'argomento

Come produrre gas liquefatto e perché è liquefatto:

Tutto sui gas liquefatti:

Esistono diverse tecnologie di liquefazione del gas. Hanno il loro per il metano e il loro per il propano-butano. Allo stesso tempo, è più economico ottenere GPL ed è più facile e sicuro trasportare / immagazzinare. Ottenere metano GNL è un processo più costoso e complesso. Inoltre, la sua rigassificazione richiede attrezzature specializzate. Allo stesso tempo, il metano è oggi più richiesto sul mercato, quindi viene liquefatto molto in grandi volumi.

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