Jak i dlaczego skroplony gaz: technologia produkcji i zakres zastosowania skroplonego gazu

Technologie związane z wydobyciem, transportem i przetwarzaniem gazu ziemnego szybko się rozwijają. I wielu dzisiaj słyszało skróty LNG (LPG) i LPG (LNG). Prawie co drugi dzień paliwo na gaz ziemny jest wspomniane w wiadomościach w takim czy innym kontekście.

Ale trzeba przyznać, że aby dobrze zrozumieć, co się dzieje, ważne jest, aby początkowo zrozumieć, w jaki sposób skroplony jest gaz, dlaczego to się dzieje i jakie korzyści daje lub nie daje. I w tej materii jest wiele niuansów.

W celu upłynnienia węglowodorów gazowych budowane są duże, zaawansowane technologicznie zakłady. Następnie dokładnie zrozumiemy: dlaczego wszystko to jest potrzebne i jak to się dzieje.

Dlaczego skroplony gaz ziemny?

Niebieskie paliwo jest wydobywane z jelit ziemi jako mieszanina metanu, etanu, propanu, butanu, helu, azotu, siarkowodoru i innych gazów, a także ich różnych pochodnych.

Niektóre z nich są wykorzystywane w przemyśle chemicznym, a niektóre są spalane w kotłach lub turbinach w celu wytworzenia ciepła i energii elektrycznej. Ponadto część wydobytego paliwa jest wykorzystywana jako paliwo do silnika gazowego.

Obliczenia przemysłu gazowego pokazują, że jeśli niebieskie paliwo musi być dostarczone w odległości co najmniej 2500 km, to w postaci skroplonej często jest to bardziej opłacalne niż rurociągiem

Głównym powodem skraplania gazu ziemnego jest uproszczenie jego transportu na duże odległości. Jeśli konsument i studnia paliwa gazowego znajdują się blisko siebie na lądzie, łatwiej i bardziej opłacalnie jest ułożyć między nimi rurę. Ale w niektórych przypadkach budowa autostrady jest zbyt droga i problematyczna ze względu na niuanse geograficzne. Dlatego stosują różne technologie produkcji LNG lub LPG w postaci płynnej.

Ekonomia i bezpieczeństwo transportu

Po upłynnieniu gaz jest już pompowany w postaci cieczy do specjalnych pojemników do transportu morskiego, rzecznego, drogowego i / lub kolejowego.W tym przypadku technologicznie upłynnianie jest dość kosztownym procesem z punktu widzenia energii.

W różnych zakładach zajmuje to do 25% początkowej objętości paliwa. Oznacza to, że aby wygenerować energię potrzebną technologii, musisz spalić do 1 tony LNG na każde trzy tony w gotowej formie. Ale gaz ziemny jest teraz bardzo poszukiwany, wszystko się opłaca.

W postaci skroplonej metan (propan-butan) zajmuje 500-600 razy mniejszą objętość niż w stanie gazowym

Podczas gdy gaz ziemny jest w stanie ciekłym, jest niepalny i niewybuchowy. Otrzymano dopiero po odparowaniu podczas regazyfikacji mieszanka gazowa okazuje się odpowiedni do wypalenia kotłyi płyty kuchenne. Dlatego jeśli LNG lub LPG są stosowane jako paliwo węglowodorowe, należy je regazyfikować.

Użyj w różnych dziedzinach

Najczęściej terminy „skroplony gaz” i „skroplony gaz” są wymieniane w kontekście transportu energii węglowodorów. Oznacza to, że następuje pierwsza produkcja niebieskiego paliwa, a następnie jego konwersja na LPG lub LNG. Następnie powstały płyn jest transportowany, a następnie ponownie zawracany do stanu gazowego dla jednego lub drugiego zastosowania.

LHG (skroplony gaz ropopochodny) na 95% i więcej składa się z mieszaniny propanu-butanu i LNG (skroplony gaz ziemny) na 85–95% metanu. Są to podobne i radykalnie różne rodzaje paliwa.

LPG z propanu-butanu stosuje się głównie jako:

• paliwo do silników gazowych;
• paliwo do wtrysku do zbiorników gazu autonomicznych systemów grzewczych;
• płyny do tankowania zapalniczek i butli gazowych o pojemności od 200 ml do 50 litrów.

LNG jest zwykle produkowany wyłącznie do transportu na duże odległości. Jeśli istnieje wystarczająca pojemność do magazynowania LPG, która jest w stanie wytrzymać ciśnienie kilku atmosfer, wówczas w przypadku skroplonego metanu wymagane są specjalne zbiorniki kriogeniczne.

Sprzęt do magazynowania LNG jest wysoce technologiczny i zajmuje dużo miejsca. Stosowanie takiego paliwa w samochodach nie jest opłacalne ze względu na wysoki koszt cylindrów. Ciężarówki LNG w postaci pojedynczych modeli eksperymentalnych już jeżdżą po drogach, ale w segmencie samochodów osobowych to „płynne” paliwo nie znajdzie szerokiego zastosowania w najbliższej przyszłości.

Skroplony metan jako paliwo jest obecnie coraz częściej wykorzystywany:

• lokomotywy kolejowe;
• statki morskie;
• transport rzeczny.

Oprócz stosowania jako nośnika energii, LPG i LNG są również stosowane bezpośrednio w postaci płynnej w zakładach gazu i petrochemii. Wykonują różne tworzywa sztuczne i inne materiały na bazie węglowodorów.

Technologie wytwarzania LPG i LNG

Aby przekształcić metan z gazu w ciecz, należy go schłodzić do -163 ° C. Ale propan-butan upłynnia się już w temperaturze -40 °C. W związku z tym technologia i koszty są bardzo różne w obu przypadkach.

Jeden litr LNG ma około 1,38 metra sześciennego. m źródła gazu ziemnego (liczba ta zależy od temperatury i ciśnienia), spadek objętości około 620 razy

Do skroplenia gazu ziemnego stosuje się następujące technologie różnych firm:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Zoptymalizowana kaskada
• DMR;
• PRICO;
• MFC
• GTL i in.

Wszystkie oparte są na procesach kompresji i / lub wymiany ciepła. Operacja upłynniania odbywa się w instalacji w kilku etapach, podczas których gaz jest stopniowo sprężany i schładzany do temperatury przejścia do fazy ciekłej.

Przygotowanie mieszanki gazowej

Przed rozpoczęciem skraplania surowego gazu ziemnego konieczne jest usunięcie z niego wody, helu, wodoru, azotu, związków siarki i innych zanieczyszczeń. W tym celu zwykle stosuje się technologię adsorpcji dogłębnego oczyszczania mieszaniny gazów, przepuszczając ją przez sita molekularne.

Następnie następuje drugi etap przygotowania surowca, podczas którego usuwane są ciężkie węglowodory. W rezultacie w gazie pozostaje tylko etan i metan (lub propan i butan) z mniej niż 5% zanieczyszczeń, dzięki czemu frakcja ta może zacząć się ochładzać i upłynniać.

Wstępne przygotowanie z usunięciem wszystkich niepotrzebnych z gazu ziemnego odbywa się w celu ochrony sprzętu chłodniczego przed agresywnym działaniem wody, dwutlenku węgla, związków siarki itp.

Frakcjonowanie pozwala pozbyć się szkodliwych zanieczyszczeń i przeznaczyć tylko główny gaz do późniejszego upłynnienia. Przy ciśnieniu 1 atm temperatura przejścia w stan ciekły dla metanu wynosi -163 ° C, dla etanu -88 ° C, dla propanu -42 ° C, a dla butanu -0,5 ° C.

Właśnie te różnice temperatur wyjaśniają powód, dla którego są one podzielone na frakcje i dopiero wtedy upłynniają gaz wchodzący do zakładu. Nie ma jednej technologii skraplania dla wszystkich rodzajów gazowych związków węglowodorowych. Dla każdego z nich konieczne jest zbudowanie i zastosowanie własnej linii produkcyjnej.

Główny proces upłynnienia

Podstawą konwersji gazu w stan ciekły jest cykl chłodniczy, podczas którego ciepło jest przenoszone przez jeden czynnik chłodniczy lub inny z czynnika o niskiej temperaturze na medium o wyższym. Proces ten jest wieloetapowy i wymaga dostępności potężnych sprężarek do rozszerzania / kurczenia nośnika ciepła i wymienników ciepła.

Technologie kompresji są zaawansowane technologicznie, energochłonne i kosztowne, ale w jednym cyklu umożliwiają natychmiastowe sprężenie gazu 5–12 razy

Jako czynnik chłodniczy na różnych etapach upłynniania stosuje się:

• propan;
• metan;
• etan;
• azot
• woda (morska i oczyszczona);
• powietrze.

Na przykład do pierwotnego chłodzenia gazu ziemnego w Yamal-LNG Novatek stosuje się chłodne powietrze arktyczne, które umożliwia obniżenie temperatury surowca przy minimalnych kosztach natychmiast do +10 ° С. A w gorące letnie miesiące zamiast tego planowane jest korzystanie z wody morskiej z Oceanu Arktycznego, która niezależnie od pory roku ma głębokość 3-4 ° C.

Jednocześnie azot uzyskiwany bezpośrednio z powietrza jest wykorzystywany jako końcowy czynnik chłodniczy w Jamalu. W rezultacie Arktyka zapewnia wszystko, co niezbędne do produkcji LNG - od źródła gazu ziemnego po środki robocze stosowane w procesie skraplania.

Propan jest upłynniany w podobny sposób jak metan. Wymagane są tylko temperatury chłodzenia znacznie niższe - minus 42 ° C w porównaniu do minus 163 ° C. Dlatego upłynnianie gaz do zbiorników gazu kosztuje kilka razy mniej, ale sam propan-butan LPG jest mniej popytu na rynku.

Transport i przechowywanie

Niemal cała objętość LNG jest transportowana przez duże tankowce morskie z jednego wybrzeża na drugie. Transport lądowy jest ograniczony potrzebą utrzymania temperatury „ciekłego niebieskiego paliwa” na wartości około -160 ° C, w przeciwnym razie metan zacznie przekształcać się w stan gazowy i wybuchowy.

Do transportu LPG wykorzystywane są butle o pojemności 5–50 litrów o ciśnieniu wewnętrznym do 1,5–2 MPa i większych pojemnościach zbiorników zaprojektowane na 5–17 MPa

Ciśnienie w zbiorniku LNG jest zbliżone do atmosferycznego. Jeśli jednak temperatura ciekłego metanu wzrośnie powyżej -160 ° C, zacznie on zmieniać się z ciekłego w gazowy. W rezultacie ciśnienie w zbiorniku zacznie rosnąć, co stanowi poważne zagrożenie. Dlatego tankowce do transportu LNG są wyposażone w instalacje do utrzymywania niskich temperatur i mocną warstwę izolatora ciepła.

LPG jest regazyfikowany do gazu bezpośrednio w zbiorniku gazu. Regazyfikacja LNG odbywa się w specjalnych zakładach przemysłowych bez dostępu tlenu. W fizyce ciekły metan jest stopniowo przekształcany w gaz w dodatniej temperaturze. Jeśli jednak zdarzy się to bezpośrednio w powietrzu poza specjalnymi warunkami, taki proces doprowadzi do wybuchu.

Po skropleniu gazu ziemnego w postaci LNG w instalacji, jest on transportowany, a następnie ponownie w instalacji (tylko regazyfikacja) jest ponownie przekształcany w stan gazowy do dalszego wykorzystania.

Perspektywy skroplonego wodoru

Oprócz bezpośredniego skraplania i zastosowania w tej formie, jeszcze jeden nośnik energii, wodór, można również uzyskać z gazu ziemnego. Metan to CH₄propan C₃N.₈ale butan C.₄N.₁₀.

Składnik wodorowy jest obecny we wszystkich paliwach kopalnych, wystarczy go podkreślić.

Głównymi zaletami wodoru są przyjazne dla środowiska i powszechne występowanie w przyrodzie, jednak wysoka cena jego upłynnienia i strat spowodowanych ciągłym parowaniem niweluje te zalety praktycznie

Aby przenieść wodór ze stanu gazowego do cieczy, należy go schłodzić do -253 ° C. W tym celu stosuje się wielostopniowe systemy chłodzenia i jednostki kompresji / rozszerzenia. Chociaż takie technologie są zbyt drogie, trwają prace nad obniżeniem ich kosztów.

Zalecamy również przeczytanie naszego innego artykułu, w którym szczegółowo opisaliśmy, jak zrobić generator wodoru do domu własnymi rękami. Więcej szczegółów - idź przez link.

Ponadto, w przeciwieństwie do LPG i LNG, skroplony wodór jest znacznie bardziej wybuchowy. Najmniejszy wyciek w połączeniu z tlenem daje mieszaninę gaz-powietrze, która zapala się od najmniejszej iskry. Przechowywanie ciekłego wodoru jest możliwe tylko w specjalnych pojemnikach kriogenicznych. Nadal występuje zbyt wiele wad paliwa wodorowego.

Wnioski i przydatne wideo na ten temat

Jak wytwarzać skroplony gaz i dlaczego jest on skroplony:

Wszystko o skroplonych gazach:

Istnieje kilka technologii skraplania gazu. Mają własne dla metanu i własne dla propanu-butanu. Jednocześnie kupowanie LPG jest tańsze, a transport / magazynowanie łatwiejsze i bezpieczniejsze. Pozyskiwanie metanu LNG jest droższym i złożonym procesem. Ponadto regazyfikacja wymaga specjalistycznego sprzętu. Jednocześnie metan jest dziś bardziej poszukiwany na rynku, więc jest znacznie skroplony w dużych ilościach.

Czy masz pytania wyjaśniające lub ekspertyzę na temat upłynnienia gazu? Być może masz coś do dodania do powyższego. Zapytaj i / lub skomentuj artykuł w polu poniżej.