Jak a proč zkapalňují plyn: technologie a nuance výroby zkapalněného plynu

Technologie související s těžbou, přepravou a zpracováním zemního plynu se vyvíjejí rychlým tempem. A mnoho lidí dnes slyší zkratky LNG (LPG) a LPG (LNG). Téměř každý druhý den je ve zprávách v jednom nebo jiném kontextu zmíněno palivo ze zemního plynu.

Musíte však souhlasit, že abyste jasně pochopili, co se děje, je důležité nejprve pochopit, jak je plyn zkapalněný, proč se to dělá a jaké výhody to dává nebo nepřináší. A v této záležitosti existuje mnoho nuancí.

Staví se velké high-tech továrny na zkapalňování plynných uhlovodíků. Dále pečlivě porozumíme: k čemu to všechno je a jak se to děje.

Proč zkapalňují zemní plyn?

Modré palivo se získává z útrob Země ve formě směsi metanu, ethanu, propanu, butanu, helia, dusíku, sirovodíku a dalších plynů a také jejich různých derivátů.

Některé z nich se používají v chemickém průmyslu a některé se spalují v kotlích nebo turbínách na výrobu tepla a elektřiny. Navíc se určité množství vytěženého používá jako palivo pro plynové motory.

Hlavním důvodem zkapalňování zemního plynu je usnadnit jeho přepravu na dlouhé vzdálenosti. Pokud se spotřebitel a studna na výrobu plynového paliva nacházejí na souši blízko sebe, pak je jednodušší a výnosnější položit mezi ně potrubí. V některých případech je ale stavba dálnice příliš nákladná a kvůli geografickým nuancím problematická. Proto se uchylují k různým technologiím pro získávání LNG nebo LPG v kapalné formě.

Ekonomika a bezpečnost dopravy

Poté, co byl plyn zkapalněn, je již ve formě kapaliny čerpán do speciálních kontejnerů pro přepravu po moři, řece, silnici a / nebo železnici. Přitom zkapalnění je z energetického hlediska procesu technologicky dost nákladné.

V různých továrnách to vyžaduje až 25% počátečního objemu paliva. To znamená, že k výrobě energie požadované technologií je nutné spálit až 1 tunu LNG na každé tři tuny v hotové formě. Ale po zemním plynu je nyní velká poptávka, všechno se vyplácí.

Dokud je zemní plyn v kapalném stavu, je nehořlavý a nevýbušný. Pouze po odpaření v průběhu zplyňování se získá plynná směs se ukazuje jako vhodný pro spalování v kotle a varné desky. Pokud se tedy jako uhlovodíkové palivo používá LNG nebo LPG, musí být znovu zplynovány.

Použití v různých oborech

Nejčastěji jsou termíny „zkapalněný plyn“ a „zkapalněný plyn“ zmiňovány v souvislosti s přepravou uhlovodíkového energetického nosiče. To znamená, že se nejprve extrahuje modré palivo a poté se přemění na LPG nebo LNG. Poté je výsledná kapalina transportována a poté vrácena do plynného stavu pro jednu nebo jinou aplikaci.

LPG z propan-butanu se používá hlavně jako:

• palivo pro plynový motor;
• palivo pro čerpání autonomních topných systémů do plynojemů;
• kapaliny pro tankování zapalovačů a plynových lahví o objemu 200 ml až 50 litrů.

LNG se obvykle vyrábí výhradně pro dálkovou přepravu. Pokud je pro skladování LPG dostatečná kapacita, která odolá tlaku několika atmosfér, pak pro zkapalněný metan jsou zapotřebí speciální kryogenní nádrže.

Zařízení pro skladování LNG je vysoce technologické a zabírá mnoho místa. Vzhledem k vysokým nákladům na válce není výhodné používat takové palivo v osobních automobilech. Nákladní vozidla na LNG ve formě jednotlivých experimentálních modelů již jezdí po silnicích, ale v segmentu osobních automobilů je nepravděpodobné, že by toto „kapalné“ palivo v blízké budoucnosti našlo široké využití.

Zkapalněný metan jako palivo se nyní stále více používá v provozu:

• železniční lokomotivy;
• námořní plavidla;
• říční doprava.

Kromě toho, že se LPG a LNG používají jako nosiče energie, používají se také přímo v kapalné formě v plynových a petrochemických závodech. Vyrábějí se z nich různé plasty a další materiály na bázi uhlovodíků.

Technologie výroby LPG a LNG

Aby se metan přeměnil z plynného stavu na kapalný, musí být ochlazen na -163 ° C. A propan -butan zkapalňuje již při -40 °S. V souladu s tím jsou technologie a náklady v obou případech velmi odlišné.

K zkapalňování zemního plynu se používají následující technologie různých společností:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimalizovaná kaskáda;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL atd.

Všechny jsou založeny na procesech komprese a / nebo výměny tepla. Operace zkapalňování probíhá v zařízení v několika fázích, během nichž je plyn postupně stlačován a ochlazován na teplotu přechodu do kapalné fáze.

Příprava plynu

Než začnete zkapalňovat surový zemní plyn, musíte z něj odstranit vodu, helium, vodík, dusík, sloučeniny síry a další nečistoty. K tomu se obvykle používá adsorpční technologie hlubokého čištění plynné směsi průchodem přes molekulární síta.

Poté proběhne druhá fáze přípravy suroviny, během které se odstraní těžké uhlovodíky. Výsledkem je, že v plynu zůstane pouze ethan a metan (nebo propan a butan) s objemem nečistot menším než 5%, takže se tato frakce může začít ochlazovat a zkapalňovat.

Frakcionace vám umožňuje zbavit se škodlivých nečistot a uvolnit pouze hlavní plyn pro následné zkapalnění. Při tlaku 1 atm je teplota přechodu do kapalného stavu pro metan -163 ° C, pro etan -88 ° C, pro propan -42 ° C a pro butan -0,5 ° C.

Právě tyto teplotní rozdíly vysvětlují důvod, proč se rozdělují na frakce a teprve poté zkapalňují plyn dodávaný do závodu. Neexistuje jediná technologie zkapalňování pro všechny typy plynných uhlovodíkových sloučenin. Každý z nich musí vybudovat a používat vlastní technologickou linku.

Základní proces zkapalňování

Základem pro přeměnu plynu na kapalný stav je chladicí cyklus, během kterého je teplo přenášeno jedním nebo jiným chladivem z prostředí s nízkou teplotou na médium s vyšším. Tento proces je vícestupňový a vyžaduje výkonné kompresory pro rozpínání / smršťování nosiče tepla a výměníků tepla.

Následující látky se používají jako chladivo v různých fázích zkapalňování:

• propan;
• metan;
• etan;
• dusík;
• voda (mořská a čištěná);
• vzduch.

Například pro primární chlazení zemního plynu na Novatek Yamal LNG, cool arktický vzduch, který vám umožní okamžitě snížit teplotu suroviny s minimálními náklady až +10 ° С. A v horkých letních měsících se místo ní počítá s využitím mořské vody ze Severního ledového oceánu, která má konstantní 3–4 ° C v hloubce bez ohledu na roční období.

Současně se jako konečné chladivo v Yamalu používá dusík získaný přímo ze vzduchu. V důsledku toho Arktida poskytuje vše potřebné pro výrobu LNG - od zdroje zemního plynu až po pracovní látky používané v procesu zkapalňování.

Propan se zkapalňuje podle schématu podobného metanu. Pouze teploty chlazení jsou mnohem nižší - minus 42 ° C oproti minus 163 ° C. Proto zkapalnění plyn pro plynové nádrže stojí několikanásobně levněji, ale samotný vyrobený propan-butanový LPG je na trhu méně žádaný.

Přeprava a skladování

Téměř celý objem LNG je přepravován velkými námořními přepravci LNG z jednoho pobřeží na druhé. Přeprava po zemi je omezena potřebou udržovat teplotu „tekutého modrého paliva“ při hodnotách asi -160 ° С, jinak se metan začne měnit v plynný stav a stává se explozivní.

Tlak v LNG kontejneru se blíží atmosférickému tlaku. Pokud však teplota kapalného metanu stoupne nad -160 ° C, pak se začne měnit z kapaliny na plyn. V důsledku toho začne tlak v nádobě stoupat, což je vážné nebezpečí. Nosiče LNG jsou proto vybaveny instalacemi pro udržování nízkých teplot a silnou vrstvou tepelného izolátoru.

LPG se zplyňuje na plyn přímo v držáku plynu. Regasifikace LNG se provádí ve speciálních průmyslových závodech bez přístupu kyslíku. Fyzicky se kapalný metan při kladných teplotách postupně mění v plyn. Pokud se to však stane přímo ve vzduchu mimo zvláštní podmínky, pak takový proces povede k výbuchu.

Poté, co je zemní plyn ve formě LNG zkapalněn v závodě, je transportován a poté opět v závodě (pouze zplynování) převeden zpět do plynného stavu pro další použití.

Vyhlídky na zkapalněný vodík

Kromě přímého zkapalnění a použití v této formě je také možné získat další nosič energie ze zemního plynu - vodík. Metan je CH₄, propan C₃H₈a butan C.₄H₁₀.

Vodíková složka je přítomna ve všech těchto fosilních palivech, stačí ji izolovat.

K přenosu vodíku z plynného stavu do kapaliny musí být ochlazen na -253 ° C. K tomu se používají vícestupňové chladicí systémy a kompresní / expanzní jednotky. Zatím jsou takové technologie příliš drahé, ale pracuje se na jejich zlevnění.

Doporučujeme také přečíst si náš další článek, kde jsme podrobně popsali, jak vyrobit generátor vodíku pro váš domov vlastníma rukama. Další podrobnosti - jděte odkaz.

Také na rozdíl od LPG a LNG je zkapalněný vodík mnohem výbušnější. Při sebemenším úniku v kombinaci s kyslíkem vzniká směs plynu a vzduchu, která je zapálena sebemenší jiskrou. A skladování kapalného vodíku je možné pouze ve speciálních kryogenních nádobách. Vodíkového paliva má stále příliš mnoho nevýhod.

Závěry a užitečné video k tématu

Jak se vyrábí zkapalněný plyn a proč je zkapalněný:

Vše o zkapalněných plynech:

Existuje několik technologií pro zkapalňování plynů. Jsou vlastní pro metan a vlastní pro propan-butan. Současně je levnější získat LPG a jeho přeprava / skladování je snazší a bezpečnější. Výroba metanu LNG je nákladnější a složitější proces. Jeho znovuzplynění navíc vyžaduje speciální vybavení. Metan je dnes na trhu více žádaný, proto je zkapalněn v mnohem větších objemech.

Máte nějaké upřesňující dotazy nebo svůj odborný názor na téma zkapalňování plynu? Možná máte k výše uvedenému co dodat. Neváhejte se zeptat a / nebo okomentovat článek v níže uvedeném bloku.