Wie und warum sie Gas verflüssigen: Technologie und Nuancen der Flüssiggasproduktion

Technologien rund um die Gewinnung, den Transport und die Verarbeitung von Erdgas entwickeln sich in rasantem Tempo. Und viele Menschen hören heute die Abkürzungen LNG (LPG) und LPG (LNG). Fast jeden zweiten Tag wird Erdgas in den Nachrichten in dem einen oder anderen Zusammenhang erwähnt.

Aber Sie müssen zustimmen, um ein klares Verständnis davon zu haben, was passiert, ist es wichtig, zuerst zu verstehen, wie das Gas verflüssigt wird, warum es gemacht wird und welche Vorteile es bietet oder nicht. Und es gibt viele Nuancen in dieser Angelegenheit.

Große Hightech-Fabriken werden gebaut, um gasförmige Kohlenwasserstoffe zu verflüssigen. Als nächstes werden wir sorgfältig verstehen: Wozu das alles und wie es passiert.

Warum verflüssigen sie Erdgas?

Blauer Brennstoff wird in Form einer Mischung aus Methan, Ethan, Propan, Butan, Helium, Stickstoff, Schwefelwasserstoff und anderen Gasen sowie deren verschiedenen Derivaten aus dem Darm der Erde gewonnen.

Einige von ihnen werden in der chemischen Industrie verwendet, andere werden in Kesseln oder Turbinen verbrannt, um Wärme und Strom zu erzeugen. Außerdem wird eine bestimmte Menge des abgebauten Materials als Kraftstoff für Gasmotoren verwendet.

Der Hauptgrund für die Verflüssigung von Erdgas besteht darin, seinen Transport über weite Strecken zu erleichtern. Wenn sich der Verbraucher und der Gasbrennstoff-Produktionsbrunnen nahe beieinander befinden, ist es einfacher und rentabler, eine Leitung zwischen ihnen zu verlegen. In einigen Fällen ist der Bau einer Autobahn jedoch aufgrund geografischer Nuancen zu teuer und problematisch. Daher greifen sie auf verschiedene Technologien zurück, um LNG oder LPG in flüssiger Form zu gewinnen.

Wirtschaftlichkeit und Verkehrssicherheit

Nachdem das Gas verflüssigt wurde, wird es bereits in flüssiger Form in spezielle Behälter für den Transport auf See, Fluss, Straße und/oder Schiene gepumpt. Gleichzeitig ist die Verflüssigung aus energetischer Sicht des Verfahrens technologisch recht aufwendig.

In verschiedenen Fabriken werden hierfür bis zu 25 % der anfänglichen Brennstoffmenge benötigt. Das heißt, um die von der Technologie benötigte Energie zu erzeugen, muss pro drei Tonnen LNG in fertiger Form bis zu 1 Tonne LNG verbrannt werden. Aber Erdgas ist jetzt sehr gefragt, alles zahlt sich aus.

Solange Erdgas in flüssigem Zustand vorliegt, ist es nicht brennbar und nicht explosiv. Erst nach der Verdampfung im Zuge der Wiedervergasung wird das erhaltene Gasgemisch erweist sich als geeignet für die Verbrennung in Kessel und Kochfelder. Wenn daher LNG oder LPG als Kohlenwasserstoff-Kraftstoff verwendet wird, müssen diese wieder vergast werden.

Einsatz in verschiedenen Bereichen

Am häufigsten werden die Begriffe „Flüssiggas“ und „Flüssiggas“ im Zusammenhang mit dem Transport eines Kohlenwasserstoff-Energieträgers genannt. Das heißt, zuerst wird blauer Kraftstoff extrahiert und dann in LPG oder LNG umgewandelt. Dann wird die entstehende Flüssigkeit transportiert und dann für die eine oder andere Anwendung wieder in einen gasförmigen Zustand gebracht.

LPG aus Propan-Butan wird hauptsächlich verwendet als:

• Kraftstoff für Gasmotoren;
• Kraftstoff zum Pumpen autonomer Heizsysteme in Gasbehälter;
• Flüssigkeiten zum Betanken von Feuerzeugen und Gasflaschen mit einem Fassungsvermögen von 200 ml bis 50 Liter.

LNG wird in der Regel ausschließlich für den Fernverkehr produziert. Wenn für die Lagerung von LPG genügend Kapazität vorhanden ist, die einem Druck von mehreren Atmosphären standhält, sind für verflüssigtes Methan spezielle Kryotanks erforderlich.

LNG-Speichergeräte sind hochtechnologisch und nehmen viel Platz ein. Aufgrund der hohen Zylinderkosten ist die Verwendung eines solchen Kraftstoffs in Personenkraftwagen nicht rentabel. LNG-Lkw in Form einzelner Versuchsmodelle fahren bereits auf den Straßen, im Pkw-Segment wird dieser „flüssige“ Kraftstoff jedoch in naher Zukunft keine breite Anwendung finden.

Verflüssigtes Methan als Kraftstoff wird nun zunehmend im Betrieb eingesetzt:

• Eisenbahnlokomotiven;
• Seeschiffe;
• Flusstransport.

Neben dem Einsatz als Energieträger werden LPG und LNG auch direkt in flüssiger Form in Gas- und Petrochemieanlagen eingesetzt. Daraus werden verschiedene Kunststoffe und andere Materialien auf Kohlenwasserstoffbasis hergestellt.

Produktionstechnologien für LPG und LNG

Um Methan vom gasförmigen in den flüssigen Zustand umzuwandeln, muss es auf -163 °C abgekühlt werden. Und Propan-Butan verflüssigt sich schon bei -40 °MIT. Dementsprechend sind Technik und Kosten in beiden Fällen sehr unterschiedlich.

Zur Verflüssigung von Erdgas kommen folgende Technologien verschiedener Unternehmen zum Einsatz:

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Optimierte Kaskade;
• DMR;
• PRICO;
• MFC;
• GTL usw.

Alle basieren auf den Prozessen der Kompression und/oder des Wärmeaustauschs. Die Verflüssigung erfolgt in der Anlage in mehreren Stufen, wobei das Gas nach und nach komprimiert und auf die Übergangstemperatur in die flüssige Phase abgekühlt wird.

Gasaufbereitung

Bevor mit der Verflüssigung von Roherdgas begonnen wird, müssen Wasser, Helium, Wasserstoff, Stickstoff, Schwefelverbindungen und andere Verunreinigungen daraus entfernt werden. Dazu wird üblicherweise die Adsorptionstechnologie der Tiefenreinigung des Gasgemisches durch Durchleiten durch Molekularsiebe verwendet.

Anschließend erfolgt die zweite Aufbereitungsstufe des Einsatzmaterials, bei der schwere Kohlenwasserstoffe entfernt werden. Dadurch verbleiben nur Ethan und Methan (bzw. Propan und Butan) mit einem Verunreinigungsvolumen von weniger als 5 % im Gas, so dass diese Fraktion mit der Abkühlung und Verflüssigung beginnen kann.

Durch die Fraktionierung können Sie schädliche Verunreinigungen entfernen und nur das Hauptgas für die anschließende Verflüssigung freisetzen. Bei einem Druck von 1 atm beträgt die Übergangstemperatur in den flüssigen Zustand für Methan -163 ° C, für Ethan -88 ° C, für Propan -42 ° C und für Butan -0,5 ° C.

Es sind diese Temperaturunterschiede, die den Grund dafür erklären, warum sie sich in Fraktionen auftrennen und erst dann das der Anlage zugeführte Gas verflüssigen. Es gibt keine einzige Verflüssigungstechnologie für alle Arten von gasförmigen Kohlenwasserstoffverbindungen. Jeder von ihnen muss seine eigene technologische Linie aufbauen und nutzen.

Grundlegender Verflüssigungsprozess

Die Grundlage für die Umwandlung eines Gases in einen flüssigen Zustand ist ein Kältekreislauf, bei dem Wärme durch das eine oder andere Kältemittel von einer Umgebung mit niedriger Temperatur in eine höhere Umgebung übertragen wird. Dieser Prozess ist mehrstufig und erfordert leistungsstarke Kompressoren zur Expansion / Kontraktion des Wärmeträgers und Wärmetauscher.

Als Kältemittel werden in verschiedenen Verflüssigungsstufen verwendet:

• Propan;
• Methan;
• Ethan;
• Stickstoff;
• Wasser (Meer und gereinigt);
• Luft.

Zum Beispiel für die Primärkühlung von Erdgas bei Novateks Yamal LNG, einem kühlen arktische Luft, mit der Sie die Temperatur des Ausgangsmaterials mit minimalen Kosten sofort senken können bis +10 °. Und in den heißen Sommermonaten ist stattdessen vorgesehen, Meerwasser aus dem Arktischen Ozean zu verwenden, das unabhängig von der Jahreszeit in einer konstanten Tiefe von 3-4 ° liegt.

Gleichzeitig wird in Yamal direkt aus der Luft gewonnener Stickstoff als letztes Kältemittel verwendet. Damit liefert die Arktis alles, was für die LNG-Produktion notwendig ist – von der Quelle Erdgas bis hin zu den Arbeitsmitteln, die bei der Verflüssigung eingesetzt werden.

Propan wird nach einem ähnlichen Schema wie Methan verflüssigt. Lediglich die Kühltemperaturen sind deutlich niedriger – minus 42 °C gegenüber minus 163 °C. Daher Verflüssigung Gas für Gastanks kostet ein Vielfaches günstiger, aber das produzierte Propan-Butan-LPG selbst ist auf dem Markt weniger gefragt.

Transport und Lagerung

Fast das gesamte LNG-Volumen wird von großen LNG-Seefrachtern von einer Küste zur anderen transportiert. Der Transport auf dem Landweg wird durch die Notwendigkeit begrenzt, die Temperatur des "flüssigen blauen Brennstoffs" aufrechtzuerhalten. bei Werten von etwa -160 ° С, sonst beginnt Methan gasförmig zu werden und wird explosiv.

Der Druck im LNG-Behälter ist nahezu atmosphärisch. Wenn die Temperatur von flüssigem Methan jedoch über -160 ° C steigt, beginnt es sich von flüssig in gasförmig umzuwandeln. Infolgedessen beginnt der Druck im Behälter zu steigen, was eine ernsthafte Gefahr darstellt. Daher sind LNG-Tanker mit Installationen zur Aufrechterhaltung niedriger Temperaturen und einer dicken Wärmeisolatorschicht ausgestattet.

Flüssiggas wird direkt im Gasbehälter zu Gas revergast. Die Regasifizierung von LNG erfolgt in speziellen Industrieanlagen ohne Sauerstoffzugang. Physikalisch wird flüssiges Methan bei positiven Temperaturen allmählich zu Gas. Geschieht dies jedoch direkt in Luft außerhalb besonderer Bedingungen, führt ein solcher Vorgang zu einer Explosion.

Nachdem Erdgas in Form von LNG in der Anlage verflüssigt wurde, wird es transportiert und dann wieder in der Anlage (nur Regasifizierung) zur weiteren Nutzung wieder in einen gasförmigen Zustand überführt.

Aussichten auf verflüssigten Wasserstoff

Neben der direkten Verflüssigung und Nutzung in dieser Form ist es auch möglich, aus Erdgas einen weiteren Energieträger zu gewinnen – Wasserstoff. Methan ist CH₄, Propan C₃h₈, und Butan C₄h₁₀.

Die Wasserstoffkomponente ist in all diesen fossilen Brennstoffen vorhanden, Sie müssen sie nur isolieren.

Um Wasserstoff aus einem gasförmigen Zustand in eine Flüssigkeit zu überführen, muss er auf -253 ° C gekühlt werden. Dazu werden mehrstufige Kälteanlagen und Kompressions-/Expansionseinheiten verwendet. Bisher sind solche Technologien zu teuer, aber es wird daran gearbeitet, sie billiger zu machen.

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Außerdem ist verflüssigter Wasserstoff im Gegensatz zu LPG und LNG viel explosiver. Das kleinste Leck in Verbindung mit Sauerstoff ergibt ein Gas-Luft-Gemisch, das durch den kleinsten Funken gezündet wird. Und die Speicherung von flüssigem Wasserstoff ist nur in speziellen Kryobehältern möglich. Wasserstoff hat noch zu viele Nachteile.

Schlussfolgerungen und nützliches Video zum Thema

Wie Flüssiggas entsteht und warum es verflüssigt wird:

Alles über Flüssiggase:

Es gibt verschiedene Technologien zur Verflüssigung von Gasen. Sie sind ihre eigenen für Methan und ihre eigenen für Propan-Butan. Gleichzeitig ist es billiger, Flüssiggas zu bekommen, und es ist einfacher und sicherer zu transportieren / zu lagern. Die Herstellung von Methan LNG ist ein teurer und komplexer Prozess. Außerdem erfordert seine Regasifizierung spezielle Ausrüstung. Gleichzeitig wird Methan heute auf dem Markt stärker nachgefragt, daher wird es in viel größeren Mengen verflüssigt.

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