Cum și de ce gazul lichefiat: tehnologia de producție și sfera de utilizare a gazului lichefiat

Tehnologiile legate de extracția, transportul și prelucrarea gazelor naturale se dezvoltă rapid. Și mulți astăzi au auzit prescurtările LNG (GPL) și LPG (LNG). Aproape în fiecare zi, combustibilul pe gaz natural este menționat în știri într-un context sau altul.

Dar, trebuie să recunoașteți, pentru a înțelege clar ceea ce se întâmplă, este important să înțelegeți inițial cum este lichefiat gazul, de ce se face acest lucru și ce beneficii dă sau nu dă. Și există multe nuanțe în această chestiune.

Pentru lichefierea hidrocarburilor gazoase, se construiesc mari fabrici de înaltă tehnologie. În continuare, vom înțelege cu atenție: de ce este nevoie de toate acestea și cum se întâmplă.

De ce lichefiem gazul natural?

Combustibilul albastru este extras din intestinele pământului ca un amestec de metan, etan, propan, butan, heliu, azot, sulfură de hidrogen și alte gaze, precum și diverșii lor derivați.

Unele dintre ele sunt utilizate în industria chimică, iar altele sunt arse în cazane sau turbine pentru a genera căldură și electricitate. În plus, o parte din extras este utilizat ca combustibil pentru motorul cu gaz.

Calculele industriei gazelor arată că, dacă combustibilul albastru trebuie livrat la o distanță de 2500 km sau mai mult, atunci într-o formă lichefiată, este adesea mai profitabil să faci acest lucru decât prin conductă.

Motivul principal pentru lichefierea gazelor naturale este simplificarea transportului său pe distanțe lungi. Dacă consumatorul și puțul de combustibil gazos sunt amplasate pe un teren apropiat unul de celălalt, este mai ușor și mai profitabil să puneți o conductă între ele. Dar, în unele cazuri, construirea unei autostrăzi este prea scumpă și problematică din cauza nuanțelor geografice. Prin urmare, apelează la diverse tehnologii pentru producerea de GNL sau GPL sub formă lichidă.

Economia și securitatea transporturilor

După lichefierea gazului, acesta este deja pompat sub formă de lichid în containere speciale pentru transport pe mare, râu, drum și / sau calea ferată.În acest caz, din punct de vedere tehnologic, lichefierea este un proces destul de costisitor din punct de vedere energetic.

La diferite instalații, acest lucru necesită până la 25% din volumul inițial de combustibil. Adică, pentru a genera energia necesară tehnologiei, trebuie să ardeți până la 1 tonă de GNL pentru fiecare trei tone în formă finită. Însă gazul natural este acum foarte mare, totul plătește.

În formă lichefiată, metanul (propan-butan) ocupă un volum de 500-600 de ori mai mic decât în ​​stare gazoasă

În timp ce gazul natural este în stare lichidă, acesta este incombustibil și neexplosiv. Numai după evaporare în timpul regasificării, obținut amestec de gaze se dovedește a fi potrivit pentru arderea cazaneși plite de gătit. Prin urmare, dacă LNG sau GPL sunt utilizate ca combustibil pentru hidrocarburi, acestea trebuie regasificate.

Utilizați în diverse domenii

Cel mai adesea, termenii „gaz lichefiat” și „gaz lichefiat” sunt menționați în contextul transportului energiei hidrocarburi. Adică are loc prima producție de combustibil albastru, apoi conversia acestuia în GPL sau GNL. Apoi, lichidul rezultat este transportat și apoi din nou revenit la starea gazoasă pentru una sau alta aplicație.

LHG (gaz petrolier lichefiat) pentru 95% și mai mult constă dintr-un amestec propan-butan și GNL (gaz natural lichefiat) pentru 85-95% din metan. Acestea sunt tipuri similare și radical diferite de combustibil.

GPL din propan-butan este utilizat în principal ca:

• combustibil pentru motor;
• combustibil pentru injecție în rezervoarele de gaze ale sistemelor autonome de încălzire;
• lichide pentru alimentarea cu brichete și butelii de gaz cu o capacitate de la 200 ml la 50 litri.

GNL este de obicei produs exclusiv pentru transportul pe distanțe lungi. Dacă există o capacitate suficientă pentru a stoca GPL care poate rezista la presiunea mai multor atmosfere, atunci pentru metan lichefiat sunt necesare rezervoare criogenice speciale.

Echipamentele de stocare a GNL sunt extrem de tehnologice și ocupă mult spațiu. Utilizarea unui astfel de combustibil în mașini nu este profitabilă din cauza costului ridicat al buteliilor. Camioanele GNL, sub forma unor modele experimentale individuale, circulă deja pe drumuri, dar în segmentul autoturismelor, este puțin probabil ca acest combustibil „lichid” să găsească o aplicație largă în viitorul apropiat.

Metanul lichefiat ca combustibil este acum din ce în ce mai utilizat în funcționare:

• locomotive feroviare;
• nave maritime;
• transport fluvial.

Pe lângă faptul că sunt utilizate ca purtător de energie, GPL și GNL sunt de asemenea utilizate direct sub formă lichidă la instalațiile de gaz și petrochimice. Acestea realizează diverse materiale plastice și alte materiale pe bază de hidrocarburi.

Tehnologii pentru producerea GPL și GNL

Pentru a converti metanul din gaz în lichid, acesta trebuie răcit la -163 ° C. Dar propan-butan se lichefiază deja la -40 °C. În consecință, tehnologia și costurile sunt foarte diferite în ambele cazuri.

Un litru de GNL este de aproximativ 1,38 metri cubi. m de sursa de gaz natural (această cifră depinde de temperatură și presiune), o scădere a volumului de aproximativ 620 de ori

Pentru lichefierea gazelor naturale sunt utilizate următoarele tehnologii de la diferite companii:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Cascadă optimizată
• DMR;
• PRICO;
• MFC
• GTL și colab.

Toate acestea se bazează pe procesele de compresie și / sau schimb de căldură. Operația de lichefiere are loc la instalație în mai multe etape, timp în care gazul este comprimat treptat și răcit la temperatura trecerii la faza lichidă.

Pregătirea amestecului de gaze

Înainte de a începe să lichefieze gazul natural brut, este necesar să eliminați din acesta apă, heliu, hidrogen, azot, compuși cu sulf și alte impurități. Pentru aceasta, tehnologia de adsorbție a purificării profunde a unui amestec de gaz este de obicei aplicată trecând-o prin site moleculare.

Apoi are loc a doua etapă de pregătire a materiei prime, timp în care sunt îndepărtate hidrocarburi grele. Drept urmare, numai gazul și metanul (sau propanul și butanul) cu mai puțin de 5% de impurități rămân în gaz, astfel încât această fracție poate începe să fie răcită și lichefiată.

Pregătirea inițială cu eliminarea tuturor gazelor inutile din gazul natural se face pentru a proteja echipamentele de refrigerare de efectele agresive ale apei, dioxidului de carbon, compușilor cu sulf etc.

Fracționarea vă permite să scăpați de impuritățile dăunătoare și să alocați numai gazul principal pentru lichefierea ulterioară. La o presiune de 1 atm, temperatura de tranziție la starea lichidă pentru metan este -163 ° С, pentru etan -88 ° С, pentru propan -42 ° С, și pentru butan -0,5 ° С.

Doar aceste diferențe de temperatură explică motivul pentru care sunt împărțite în fracțiuni și abia atunci ele lichefiază gazul care intră în instalație. Nu există o tehnologie unică de lichefiere pentru toate tipurile de compuși gazoși. Pentru fiecare dintre ele este necesar să construiască și să aplice propria linie de producție.

Principalul proces de lichefiere

Baza pentru transformarea gazului într-o stare lichidă este ciclul de refrigerare, în timpul căruia căldura este transferată de un agent frigorific sau altul de la un mediu cu temperatură scăzută la un mediu cu unul mai mare. Acest proces este multietajat și necesită disponibilitatea unor compresoare puternice pentru extinderea / contracția purtătorului de căldură și a schimbătorilor de căldură.

Tehnologiile de compresie sunt de înaltă tehnologie, consumă energie și costisitoare, dar într-un ciclu, acestea permit comprimarea imediată a gazului de 5-12 ori

Ca agent frigorific în diferite etape de lichefiere, se folosesc următoarele:

• propan;
• metan;
• etan;
• azot;
• apa (mare și purificată);
• aer.

De exemplu, pentru răcirea primară a gazelor naturale la Yamal-LNG Novatek, se utilizează aer arctic rece, ceea ce permite scăderea temperaturii materiei prime cu costuri minime imediat până la + 10 ° С. Și în lunile călduroase de vară, în loc de aceasta, se planifică utilizarea apei de mare din Oceanul Arctic, care, indiferent de perioada anului, se află la o adâncime de 3-4 ° C.

În același timp, azotul obținut direct la fața locului din aer este utilizat ca agent frigorific final pe Peninsula Yamal. Drept urmare, Arctic oferă tot ceea ce este necesar pentru producția de GNL - de la sursa de gaz natural până la agenții de lucru folosiți în procesul de lichefiere.

Propanul este lichefiat într-o manieră similară cu metanul. Doar temperaturile de răcire sunt necesare mult mai scăzute - minus 42 ° C față de minus 163 ° C. Prin urmare, lichefierea gaz pentru rezervoarele de gaz costă de câteva ori mai puțin, însă GPL-ul propan-butan rezultat în sine are o cerere mai mică pe piață.

Transport și depozitare

Aproape întregul volum de GNL este transportat de cisternele mari de gaze marine de pe o coastă la alta. Transportul pe uscat este limitat de necesitatea menținerii temperaturii „combustibilului albastru lichid” la valori de aproximativ -160 ° C, în caz contrar, metanul începe să se transforme într-o stare de gaz și devine exploziv.

Cilindrii de 5–50 litri cu presiune internă de până la 1,5–2 MPa și capacități mai mari de rezervor destinate 5–17 MPa sunt folosiți pentru transportul GPL

Presiunea în rezervorul de GNL este aproape de atmosferică. Cu toate acestea, dacă temperatura metanului lichid crește peste -160 ° C, atunci va începe să se transforme de la lichid la gaz. Drept urmare, presiunea din rezervor va începe să crească, ceea ce reprezintă un pericol grav. Prin urmare, cisternele pentru transportul GNL sunt echipate cu instalații pentru menținerea temperaturilor scăzute și un strat puternic de izolator termic.

GPL este regasificat în gaz direct în rezervorul de gaz. Și regasificarea GNL se realizează la instalații industriale speciale fără acces la oxigen. În fizică, metanul lichid este transformat treptat în gaz la o temperatură pozitivă. Cu toate acestea, dacă acest lucru se întâmplă direct în aer în afara condițiilor speciale, atunci un astfel de proces va duce la o explozie.

După ce gazul natural sub formă de GNL este lichefiat la instalație, este transportat și apoi din nou la instalație (doar regasificarea) este transformat din nou în stare gazoasă pentru o utilizare ulterioară.

Perspective pentru hidrogenul lichefiat

În plus față de lichefierea directă și utilizarea sub această formă, poate fi obținut încă un purtător de energie, hidrogenul, din gaz natural. Metanul este CH₄propan C₃N₈dar butan C₄N₁₀.

Componenta de hidrogen este prezentă în toți acești combustibili fosili, trebuie doar să o evidențiați.

Principalele avantaje ale hidrogenului sunt caracterul ecologic și apariția pe scară largă a naturii, cu toate acestea, prețul ridicat al lichefierii sale și pierderile cauzate de evaporarea constantă, practic, anulează aceste avantaje.

Pentru a transfera hidrogenul dintr-o stare de gaz într-un lichid, acesta trebuie răcit la -253 ° C. Pentru aceasta se folosesc sisteme de răcire în mai multe etape și unități de compresie / expansiune. În timp ce astfel de tehnologii sunt prea scumpe, se lucrează la reducerea costurilor lor.

De asemenea, vă recomandăm să citiți celălalt articol al nostru, în care am descris în detaliu cum să faceți un generator de hidrogen pentru casa dvs. cu propriile mâini. Mai multe detalii - du-te legătură.

De asemenea, spre deosebire de GPL și GNL, hidrogenul lichefiat este mult mai exploziv. Cea mai mică scurgere în legătură cu oxigenul dă un amestec gaz-aer, care se aprinde din cea mai mică scânteie. Iar stocarea hidrogenului lichid este posibilă numai în recipiente speciale criogenice. Există încă prea multe contra de combustibil cu hidrogen.

Concluzii și video util pe această temă

Cum se produce gazul lichefiat și de ce este lichefiat:

Totul despre gazele lichefiate:

Există mai multe tehnologii de lichefiere a gazelor. Ei au propriul lor pentru metan și propriul pentru propan-butan. În același timp, este mai ieftin să obțineți GPL și este mai ușor și mai sigur de transportat / depozitat. Obținerea metanului GNL este un proces mai scump și mai complex. În plus, regasificarea sa necesită echipament specializat. În același timp, metanul are o cerere mai mare pe piață astăzi, astfel încât este lichefiat mult în volume mari.

Aveți întrebări clarificatoare sau avizul dvs. de expertiză pe tema lichefierii gazelor? Poate că aveți ceva de adăugat la cele de mai sus. Nu ezitați să întrebați și / sau să comentați articolul din caseta de mai jos.