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 najpierw 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. Jednocześnie technologicznie upłynnianie jest dość kosztownym procesem z energetycznego punktu widzenia.
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. Dopiero po odparowaniu podczas regazyfikacji uzyskana mieszanina gazów nadaje się do spalania w kotłach i piecach. 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 wymienione 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% lub więcej składa się z mieszaniny propan-butan, a LNG (skroplony gaz ziemny) 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 ciśnienia kilku atmosfer, wówczas wymagane są specjalne zbiorniki kriogeniczne na skroplony metan.
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 -40 ° C W związku z tym technologia i koszty w obu przypadkach są bardzo różne.
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 polegającą na głębokim oczyszczeniu 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 ° С, dla etanu -88 ° С, dla propanu -42 ° С, a dla butanu -0,5 ° С.
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 czynnik 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 Novatek Yamal-LNG 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 uzyskany bezpośrednio z powietrza jest wykorzystywany jako końcowy czynnik chłodniczy na półwyspie jamalskim. 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. Tylko temperatury chłodzenia wymagają znacznie mniej niskich - minus 42 ° С w porównaniu do minus 163 ° С. Dlatego skraplanie gazu dla uchwytów gazu jest kilkakrotnie tańsze, ale wynikowy propan-butan LPG jest mniej popytu na rynku.
Przewożenie 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 i ciśnieniu wewnętrznym do 1,5–2 MPa oraz większe zbiorniki o pojemności 5–17 MPa
Ciśnienie w zbiorniku z 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 urządzenia 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 stopniowo zamienia się w gaz o 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) przekształca się z powrotem 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 przyjazność 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 gazu 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 informacji - kliknij 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.
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 LPG jest tańszy w odbiorze, a transport / magazynowanie jest 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 dodatkowe pytania lub własną ekspertyzę na temat upłynnienia gazu? Być może masz coś do dodania do powyższego. Zapytaj i / lub skomentuj artykuł w polu poniżej.