Como e por que o gás liquefeito: tecnologia de produção e escopo de uso do gás liquefeito

As tecnologias relacionadas à extração, transporte e processamento de gás natural estão se desenvolvendo rapidamente. E muitos hoje ouviram as abreviações LNG (LPG) e LPG (LNG). Quase todos os dias, o gás natural é mencionado nas notícias em um contexto ou outro.

Mas, você deve admitir que, para ter uma compreensão clara do que está acontecendo, é importante entender inicialmente como o gás é liquefeito, por que isso é feito e quais benefícios ele dá ou não. E há muitas nuances nesse assunto.

Para liquefazer hidrocarbonetos gasosos, grandes usinas de alta tecnologia estão sendo construídas. A seguir, entenderemos cuidadosamente: por que tudo isso é necessário e como isso acontece.

Por que liquefazer o gás natural?

O combustível azul é extraído das entranhas da terra como uma mistura de metano, etano, propano, butano, hélio, nitrogênio, sulfeto de hidrogênio e outros gases, bem como seus diversos derivados.

Alguns deles são usados ​​na indústria química e outros são queimados em caldeiras ou turbinas para gerar calor e eletricidade. Além disso, parte do extraído é usado como combustível para motores a gás.

Os cálculos da indústria de gás mostram que, se o combustível azul precisar ser entregue a uma distância de 2500 km ou mais, de forma liquefeita, muitas vezes é mais rentável fazer isso do que por gasoduto

A principal razão para liquefazer o gás natural é a simplificação de seu transporte por longas distâncias. Se o consumidor e o poço de gás combustível estiverem localizados em terrenos próximos um do outro, é mais fácil e mais lucrativo colocar um cano entre eles. Mas, em alguns casos, a construção de uma rodovia é muito cara e problemática devido a nuances geográficas. Portanto, eles recorrem a várias tecnologias para a produção de GNL ou GLP em forma líquida.

Economia e Segurança de Transportes

Depois de liquefeito, o gás já é bombeado na forma de líquido para contêineres especiais para transporte marítimo, fluvial, rodoviário e / ou ferroviário.Nesse caso, tecnologicamente, a liquefação é um processo bastante caro do ponto de vista energético.

Em plantas diferentes, isso representa até 25% do volume inicial de combustível. Ou seja, para gerar a energia necessária pela tecnologia, você precisa queimar até 1 tonelada de GNL para cada três toneladas na forma finalizada. Mas o gás natural está agora em grande demanda, tudo vale a pena.

Na forma liquefeita, o metano (propano-butano) ocupa um volume 500-600 vezes menor do que no estado gasoso

Enquanto o gás natural está no estado líquido, é incombustível e não explosivo. Somente após evaporação durante a regaseificação, obtido mistura gasosa acaba por ser adequado para queimar em caldeirase cozinhar placas. Portanto, se o GNL ou o GLP for usado como combustível de hidrocarboneto, eles deverão ser regaseificados.

Use em vários campos

Na maioria das vezes, os termos "gás liquefeito" e "gás liquefeito" são mencionados no contexto do transporte de energia de hidrocarbonetos. Ou seja, ocorre a primeira produção de combustível azul e, em seguida, sua conversão em GLP ou GNL. Em seguida, o líquido resultante é transportado e depois retornado novamente ao estado gasoso para uma ou outra aplicação.

O LHG (gás de petróleo liquefeito) para 95% e mais consiste em uma mistura de propano-butano e o GNL (gás natural liquefeito) para 85-95% de metano. Estes são tipos semelhantes e radicalmente diferentes de combustível.

O GPL do propano-butano é utilizado principalmente como:

• combustível de motor a gás;
• combustível para injeção em tanques de gás de sistemas de aquecimento autônomos;
• líquidos para isqueiros de reabastecimento e cilindros de gás com capacidade de 200 ml a 50 litros.

O GNL é geralmente produzido exclusivamente para o transporte de longa distância. Se houver capacidade suficiente para armazenar GLP que possa suportar a pressão de várias atmosferas, são necessários tanques criogênicos especiais para o metano liquefeito.

O equipamento de armazenamento de GNL é altamente tecnológico e ocupa muito espaço. O uso desse combustível em carros não é lucrativo devido ao alto custo dos cilindros. Caminhões de GNL na forma de modelos experimentais únicos já dirigem nas estradas, mas no segmento de automóveis de passageiros é improvável que esse combustível "líquido" encontre ampla aplicação em um futuro próximo.

O metano liquefeito como combustível é agora cada vez mais utilizado em operação:

• locomotivas ferroviárias;
• embarcações marítimas;
• transporte fluvial.

Além de ser usado como transportador de energia, o GLP e o GNL também são usados ​​diretamente na forma líquida em plantas petroquímicas e de gás. Eles fabricam vários plásticos e outros materiais à base de hidrocarbonetos.

Tecnologias para produção de GLP e GNL

Para converter o metano de gás em líquido, ele deve ser resfriado a -163 ° C. Mas o propano-butano já se liquefaz em -40 °C. Consequentemente, a tecnologia e os custos são muito diferentes nos dois casos.

Um litro de GNL é de aproximadamente 1,38 metros cúbicos. m da fonte de gás natural (esse valor depende da temperatura e da pressão), uma diminuição no volume de cerca de 620 vezes

As seguintes tecnologias de diferentes empresas são usadas para liquefazer o gás natural:

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

Todos eles são baseados nos processos de compressão e / ou troca de calor. A operação de liquefação ocorre na planta em várias etapas, durante as quais o gás é gradualmente comprimido e resfriado à temperatura da transição para a fase líquida.

Preparação da mistura gasosa

Antes de começar a liquefazer o gás natural bruto, é necessário remover água, hélio, hidrogênio, nitrogênio, compostos de enxofre e outras impurezas. Para isso, a tecnologia de adsorção da purificação profunda de uma mistura gasosa é geralmente aplicada passando-a por peneiras moleculares.

Em seguida, ocorre o segundo estágio de preparação da matéria-prima, durante o qual os hidrocarbonetos pesados ​​são removidos. Como resultado, apenas etano e metano (ou propano e butano) com menos de 5% de impurezas permanecem no gás, de modo que essa fração possa começar a ser resfriada e liquefeita.

A preparação inicial com a remoção de todo o desnecessário do gás natural é feita para proteger o equipamento de refrigeração dos efeitos agressivos da água, dióxido de carbono, compostos de enxofre, etc.

O fracionamento permite que você se livre de impurezas nocivas e aloque apenas o gás principal para a subsequente liquefação. A uma pressão de 1 atm, a temperatura de transição para o estado líquido para o metano é de -163 ° C, para o etano -88 ° C, para o propano -42 ° C e para o butano -0,5 ° C.

Apenas essas diferenças de temperatura explicam o motivo pelo qual são divididas em frações e somente então liquefazem o gás que entra na planta. Não existe uma tecnologia de liquefação única para todos os tipos de compostos gasosos de hidrocarbonetos. Para cada um deles é necessário construir e aplicar sua própria linha de produção.

O principal processo de liquefação

A base para converter gás em estado líquido é o ciclo de refrigeração, durante o qual o calor é transferido por um refrigerante ou outro de um meio com temperatura baixa para um meio com temperatura mais alta. Esse processo é multiestágio e requer a disponibilidade de compressores potentes para expansão / contração do transportador de calor e dos trocadores de calor.

As tecnologias de compressão são de alta tecnologia, consomem muita energia e são caras, mas em um ciclo permitem que o gás seja comprimido imediatamente 5 a 12 vezes

Como refrigerante em diferentes estágios de liquefação, são utilizados os seguintes:

• propano;
• metano;
• etano;
• nitrogênio
• água (mar e purificada);
• o ar

Por exemplo, para o resfriamento primário de gás natural em Yamal-GNL Novatek, é utilizado ar frio do Ártico, o que permite diminuir a temperatura da matéria-prima com custos mínimos imediatamente para +10 ° C. Nos meses quentes de verão, em vez disso, está prevista a utilização de água do mar do Oceano Ártico, que, independentemente da época do ano, está a uma profundidade de 3-4 ° C.

Ao mesmo tempo, o nitrogênio obtido diretamente do ar no local é usado como refrigerante final na Península de Yamal. Como resultado, o Ártico fornece tudo o necessário para a produção de GNL - desde a fonte de gás natural até os agentes de trabalho utilizados no processo de liquefação.

O propano é liquefeito de maneira semelhante ao metano. Somente temperaturas de resfriamento são necessárias para muito menos baixa - menos 42 ° C contra menos 163 ° C. Portanto liquefação gás para tanques de gás custa várias vezes menos, mas o GPL propano-butano resultante é menos demandado no mercado.

Transporte e armazenamento

Quase todo o volume de GNL é transportado por grandes petroleiros marítimos de uma costa para outra. O transporte terrestre é limitado pela necessidade de manter a temperatura do "combustível azul líquido" a valores de cerca de -160 ° C; caso contrário, o metano começa a se transformar em um estado gasoso e se torna explosivo.

Cilindros de 5 a 50 litros com pressão interna de até 1,5 a 2 MPa e capacidades de tanque maiores projetadas para 5 a 17 MPa são usados ​​para o transporte de GLP

A pressão no tanque de GNL é próxima da atmosférica. No entanto, se a temperatura do metano líquido subir acima de -160 ° C, ele começará a passar de líquido para gás. Como resultado, a pressão no tanque começará a aumentar, o que representa um sério perigo. Portanto, os navios-tanque para transporte de GNL são equipados com instalações para manter baixas temperaturas e uma poderosa camada de isolador térmico.

O GLP é regaseificado em gás diretamente no tanque. E a regaseificação de GNL é realizada em plantas industriais especiais sem acesso ao oxigênio. Na física, o metano líquido é gradualmente convertido em gás a uma temperatura positiva. No entanto, se isso acontecer diretamente no ar fora de condições especiais, esse processo levará a uma explosão.

Depois que o gás natural na forma de GNL é liquefeito na planta, ele é transportado e depois novamente na planta (apenas regaseificação) é convertido novamente em um estado gasoso para uso posterior.

Perspectivas para o hidrogênio liquefeito

Além da liquefação direta e do uso dessa forma, também pode ser obtido mais um veículo de energia, o hidrogênio, a partir do gás natural. O metano é CH₄propano C₃N₈butano C₄N₁₀.

O componente hidrogênio está presente em todos esses combustíveis fósseis, basta realçá-lo.

As principais vantagens do hidrogênio são o respeito pelo meio ambiente e a ocorrência generalizada na natureza; no entanto, o alto preço de sua liquefação e perdas devido à evaporação constante praticamente negam essas vantagens.

Para transferir o hidrogênio de um estado gasoso para um líquido, ele precisa ser resfriado a -253 ° C. Para isso, são utilizados sistemas de resfriamento de vários estágios e unidades de compressão / expansão. Embora essas tecnologias sejam caras demais, o trabalho está sendo feito para reduzir seus custos.

Também recomendamos que você leia nosso outro artigo, onde descrevemos em detalhes como fazer um gerador de hidrogênio para sua casa com suas próprias mãos. Mais detalhes - vá por link.

Além disso, diferentemente do GLP e do GNL, o hidrogênio liquefeito é muito mais explosivo. O menor vazamento em relação ao oxigênio produz uma mistura gás-ar, que se inflama pela menor faísca. E o armazenamento de hidrogênio líquido é possível apenas em recipientes criogênicos especiais. Ainda existem muitos contras de combustível de hidrogênio.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Como produzir gás liquefeito e por que é liquefeito:

Tudo sobre gases liquefeitos:

Existem várias tecnologias de liquefação de gás. Eles têm seu próprio metano e propano-butano. Ao mesmo tempo, é mais barato obter GLP e é mais fácil e seguro transportar / armazenar. A obtenção de GNL de metano é um processo mais caro e complexo. Além disso, sua regaseificação requer equipamentos especializados. Ao mesmo tempo, o metano é mais procurado atualmente no mercado, portanto é liquefeito em grandes volumes.

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