Как и зачем сжижают газ: технология и нюансы производства сжиженного газа

Технологии, связанные с добычей, транспортировкой и переработкой природного газа, стремительно развиваются. И многие люди сегодня слышат аббревиатуры LNG (LPG) и LPG (LNG). Практически через день в новостях в том или ином контексте упоминается газовое топливо.

Но, согласитесь, чтобы иметь четкое представление о том, что происходит, важно сначала понять, как газ сжижается, для чего его производят и какие преимущества он дает или не дает. И в этом вопросе много нюансов.

Строятся крупные высокотехнологичные заводы по сжижению газообразных углеводородов. Далее мы внимательно разберемся: для чего все это нужно и как это происходит.

Почему они сжижают природный газ?

Голубое топливо добывается из недр Земли в виде смеси метана, этана, пропана, бутана, гелия, азота, сероводорода и других газов, а также их различных производных.

Некоторые из них используются в химической промышленности, другие сжигаются в котлах или турбинах для выработки тепла и электроэнергии. Кроме того, некоторое количество добытого материала используется в качестве топлива для газовых двигателей.

Расчеты газовиков показывают, что если голубое топливо нужно доставлять на расстояние 2500 км и более, то в сжиженном виде это зачастую выгоднее, чем по трубопроводу

Основная причина сжижения природного газа – облегчить его транспортировку на большие расстояния. Если потребитель и скважина для добычи газового топлива расположены на суше вплотную друг к другу, между ними проще и выгоднее проложить трубу. Но в некоторых случаях строительство трассы обходится слишком дорого и проблематично из-за географических нюансов. Поэтому они прибегают к различным технологиям для получения СПГ или СУГ в жидкой форме.

Экономика и безопасность транспорта

После сжижения газа он уже перекачивается в жидком виде в подходящие контейнеры для транспортировки морем, речным, автомобильным и / или железнодорожным транспортом. В то же время сжижение технологически довольно дорого с энергетической точки зрения процесса.

На некоторых заводах для этого требуется до 25% от начального объема топлива. То есть для выработки энергии, необходимой для технологии, необходимо сжигать до 1 тонны СПГ на каждые три тонны его в готовом виде. Но сейчас большой спрос на природный газ, все окупается.

Сжиженный метан (пропан-бутан) занимает объем в 500-600 раз меньше газообразного

Пока природный газ находится в жидком состоянии, он негорючий и невзрывоопасный. Только после испарения в процессе регазификации полученная газовая смесь пригодна для сжигания в котлах и плитах. Следовательно, если в качестве углеводородного топлива используется СПГ или СНГ, их необходимо регазифицировать.

Использование в различных сферах

Чаще всего термины «сжиженный газ» и «сжиженный газ» упоминаются в контексте транспортировки углеводородного энергоносителя. То есть сначала извлекается голубое топливо, а затем его конвертируют в СУГ или СПГ. Затем полученная жидкость транспортируется, а затем возвращается в газообразное состояние для того или иного применения.

LPG (сжиженный нефтяной газ) составляет 95% или более смеси пропана и бутана, а LNG (сжиженный природный газ) составляет 85-95% метана. Это похожие и в то же время принципиально разные виды топлива

СУГ из пропан-бутана в основном используется как:

  • топливо для газовых двигателей;
  • топливо для перекачки автономных систем отопления в газометры;
  • жидкости для заправки зажигалок и газовых баллонов емкостью от 200 мл до 50 литров.

СПГ обычно производится исключительно для дальних перевозок. При наличии достаточной емкости для хранения сжиженного нефтяного газа, выдерживающей давление в несколько атмосфер, необходимы специальные криогенные резервуары для сжиженного метана.

Оборудование для хранения СПГ является высокотехнологичным и занимает много места. В легковых автомобилях такое топливо использовать невыгодно из-за дороговизны баллонов. Грузовики на СПГ в виде единичных опытных образцов уже находятся на дорогах, но в сегменте легковых автомобилей это «жидкое» топливо вряд ли найдет широкое применение в обозримом будущем.

Сжиженный метан в качестве топлива сейчас все чаще используется в эксплуатации:

  • железнодорожные локомотивы;
  • морские корабли;
  • речной транспорт.

Помимо использования в качестве энергоносителя, СНГ и СПГ также используются непосредственно в жидкой форме на газовых и нефтехимических заводах. Из них делают различные пластмассы и другие материалы на углеводородной основе.

Технологии производства LPG и LNG

Чтобы перевести метан из газообразного состояния в жидкое, его нужно охладить до -163 ° С. А пропан-бутан сжижается уже при -40 °C. Следовательно, технология и стоимость сильно различаются в обоих случаях.

Один литр СПГ эквивалентен примерно 1,38 кубометру природного газа (этот показатель зависит от температуры и давления), уменьшение объема – примерно в 620 раз

Для сжижения природного газа используются следующие технологии от разных компаний:

  • АП-СМР (AP-X, AP-C3MR);
  • DMR;
  • МФЦ;
  • GTL и др.
  • Оптимизированный водопад;
  • PRICO;

Все они основаны на процессах сжатия и / или теплообмена. Операция сжижения происходит в установке в несколько фаз, во время которых газ постепенно сжимается и охлаждается до температуры перехода в жидкую фазу.

Подготовка газа

Перед тем, как приступить к сжижению сырого природного газа, необходимо удалить из него воду, гелий, водород, азот, соединения серы и другие примеси. Для этого обычно используют адсорбционную технологию глубокой очистки газовой смеси путем пропускания ее через молекулярные сита.

Затем происходит вторая фаза подготовки сырья, во время которой удаляются тяжелые углеводороды. В результате в газе остаются только этан и метан (или пропан и бутан) с объемом примесей менее 5%, так что эта фракция может начать охлаждаться и сжижаться.

Первичная подготовка с удалением всего лишнего из природного газа проводится с целью защиты холодильного оборудования от агрессивного воздействия воды, углекислого газа, соединений серы и т.д.

Фракционирование устраняет вредные примеси и выпускает только основной газ для последующего сжижения. При давлении 1 атм температура перехода в жидкое состояние для метана составляет -163 ° C, для этана -88 ° C, для пропана -42 ° C и для бутана -0,5 ° C.

Именно эти температурные различия объясняют, почему они разделяются на фракции и только потом сжижают газ, подаваемый на установку. Не существует единой технологии сжижения для всех типов газообразных углеводородных соединений. Каждый из них должен построить и использовать собственную технологическую линию.

Основной процесс сжижения

Основой для преобразования газа в жидкое состояние является цикл охлаждения, во время которого тепло передается от того или иного хладагента от низкотемпературной среды к среде с более высокой температурой. Этот процесс является многоступенчатым и требует мощных компрессоров для расширения / сжатия теплоносителя и теплообменников.

Технологии сжатия высокотехнологичны, энергоемки и дороги, но за один цикл позволяют сжать газ 5-12 раз одновременно

Следующие вещества используются в качестве хладагента на различных стадиях сжижения:

  • пропан;
  • этан;
  • вода (морская и очищенная);
  • воздух.
  • метан;
  • азот;

Например, для первичного охлаждения природного газа на Ямал СПГ «Новатэк» используется свежий арктический воздух, что позволяет сразу снизить температуру сырья до +10 ° С с минимальными затратами. А в жаркие летние месяцы, напротив, планируется использовать морскую воду из Северного Ледовитого океана, которая имеет постоянную глубину 3-4 ° вне зависимости от времени года.

В то же время азот, получаемый непосредственно из воздуха, используется на Ямале в качестве конечного хладагента. В результате Арктика обеспечивает все необходимое для производства СПГ, от исходного природного газа до рабочих агентов, используемых в процессе сжижения.

Пропан сжижается по аналогии с метаном. Только температуры охлаждения намного ниже – минус 42 ° против минус 163 °. Поэтому сжижение газа для газовых цистерн обходится в несколько раз дешевле, но тот же производимый сжиженный нефтяной газ пропан-бутан менее востребован на рынке.

Транспортировка и хранение

Практически весь объем СПГ перевозится большими морскими СПГ-танкерами от побережья до побережья. Транспортировка по суше ограничена необходимостью поддерживать температуру «голубого жидкого топлива» на уровне около -160 ° C, в противном случае метан начинает переходить в газообразное состояние и становится взрывоопасным.

Для перевозки СУГ используются баллоны объемом 5-50 литров с внутренним давлением до 1,5-2 МПа и более крупные танк-контейнеры, рассчитанные на 5-17 МПа

Давление в баллоне СПГ близко к атмосферному. Однако если температура жидкого метана превысит -160 ° C, он начнет переключаться с жидкого на газ. В результате давление в емкости начнет повышаться, что представляет серьезную опасность. Поэтому танкеры СПГ оснащены установками для поддержания низких температур и толстым слоем теплоизоляции.

Сжиженный нефтяной газ превращается в газ непосредственно в газометре. Регазификация СПГ осуществляется на специальных промышленных установках без доступа кислорода. Физически жидкий метан при положительных температурах постепенно превращается в газ. Однако, если это произойдет непосредственно в воздухе вне особых условий, этот процесс приведет к взрыву.

После того, как природный газ в виде СПГ сжижается на заводе, он транспортируется, а затем обратно на завод (только регазификация) он снова переводится в газообразное состояние для дальнейшего использования.

Перспективы сжиженного водорода

Помимо прямого сжижения и использования в таком виде, из природного газа можно получить еще один энергоноситель – водород. Метан – это CH4, пропан – это C3H8, а бутан – это C4H10.

Водородный компонент присутствует во всех этих ископаемых топливах, просто выделите его.

Основными преимуществами водорода являются экологичность и широкое присутствие в природе, однако высокая стоимость его сжижения и потери из-за постоянного испарения практически сводят на нет эти преимущества

Чтобы перевести водород из газообразного состояния в жидкое, его необходимо охладить до -253 ° С. Для этого используются многоступенчатые холодильные системы и агрегаты сжатия / расширения. Пока такие технологии слишком дороги, но ведутся работы по их удешевлению.

Также рекомендуем прочитать другую нашу статью, в которой мы подробно рассказали, как сделать водородный генератор для дома своими руками. Подробнее – по ссылке.

Кроме того, в отличие от СНГ и СПГ сжиженный водород гораздо более взрывоопасен. Малейшая его потеря в сочетании с кислородом дает газо-воздушную смесь, которая воспламеняется от малейшей искры. А хранение жидкого водорода возможно только в специальных криогенных контейнерах. У водородного топлива по-прежнему слишком много недостатков.

Выводы и полезные видео по теме

Как производят сжиженный газ и почему его сжижают:

Все о сжиженных газах:

Существует несколько технологий сжижения газов. Они подходят для метана и подходят для пропан-бутана. В то же время, сжиженный нефтяной газ дешевле получить и его проще и безопаснее транспортировать / хранить. Производство метанового СПГ – более дорогой и сложный процесс. Кроме того, для его регазификации требуется специализированное оборудование. В то же время метан сегодня более востребован на рынке, поэтому его сжижают в гораздо больших объемах.

У вас есть вопросы или ваше мнение как эксперта по сжижению газа? Может быть, вам есть что добавить к вышесказанному. Не стесняйтесь спрашивать и / или комментировать статью в блоке ниже.

Источник – https://sovet-ingenera.com/gaz/standart/kak-szhizhaetsya-gaz.html
Рейтинг
( Пока оценок нет )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Все об инженерных системах
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: