Comment et pourquoi ils liquéfient le gaz: technologie et nuances de la production de gaz liquéfié

Les technologies liées à l'extraction, au transport et au traitement du gaz naturel se développent à un rythme rapide. Et beaucoup de gens entendent aujourd'hui les abréviations LNG (LPG) et LPG (LNG). Presque tous les deux jours, le gaz naturel est mentionné dans les nouvelles dans un contexte ou un autre.

Mais, vous devez être d'accord, afin d'avoir une compréhension claire de ce qui se passe, il est important de comprendre d'abord comment le gaz est liquéfié, pourquoi il est fait et quels avantages il donne ou ne donne pas. Et il y a beaucoup de nuances dans cette affaire.

De grandes usines de haute technologie sont construites pour liquéfier les hydrocarbures gazeux. Ensuite, nous comprendrons soigneusement: à quoi sert tout cela et comment cela se passe.

Pourquoi liquéfient-ils le gaz naturel ?

Le carburant bleu est extrait des entrailles de la terre sous forme d'un mélange de méthane, d'éthane, de propane, de butane, d'hélium, d'azote, d'hydrogène sulfuré et d'autres gaz, ainsi que leurs divers dérivés.

Certains d'entre eux sont utilisés dans l'industrie chimique, et d'autres sont brûlés dans des chaudières ou des turbines pour produire de la chaleur et de l'électricité. De plus, une certaine quantité de l'extraction est utilisée comme carburant pour les moteurs à gaz.

La principale raison de la liquéfaction du gaz naturel est de faciliter son transport sur de longues distances. Si le consommateur et le puits de production de gaz combustible sont situés sur des terres proches l'un de l'autre, il est alors plus facile et plus rentable de poser un tuyau entre eux. Mais dans certains cas, la construction d'une autoroute est trop coûteuse et problématique en raison des nuances géographiques. Par conséquent, ils ont recours à diverses technologies pour obtenir du GNL ou du GPL sous forme liquide.

Économie et sécurité des transports

Une fois le gaz liquéfié, il est déjà pompé sous forme liquide dans des conteneurs spéciaux pour le transport par voie maritime, fluviale, routière et/ou ferroviaire. Dans le même temps, la liquéfaction est technologiquement assez coûteuse d'un point de vue énergétique du procédé.

Dans différentes usines, cela prend jusqu'à 25 % du volume initial de carburant. C'est-à-dire que pour générer l'énergie requise par la technologie, il est nécessaire de brûler jusqu'à 1 tonne de GNL pour trois tonnes de GNL sous forme finie. Mais le gaz naturel est maintenant très demandé, tout est payant.

Tant que le gaz naturel est à l'état liquide, il est ininflammable et non explosif. Ce n'est qu'après évaporation au cours de la regazéification que le mélange de gaz s'avère adapté à la combustion dans chaudières et plaques de cuisson. Par conséquent, si du GNL ou du GPL est utilisé comme carburant hydrocarboné, ils doivent être regazéifiés.

Utilisation dans divers domaines

Le plus souvent, les termes « gaz liquéfié » et « gaz liquéfié » sont mentionnés dans le cadre du transport d'un vecteur énergétique hydrocarboné. C'est-à-dire que dans un premier temps, le carburant bleu est extrait, puis converti en GPL ou GNL. Ensuite, le liquide résultant est transporté puis ramené à l'état gazeux pour l'une ou l'autre application.

Le GPL issu du propane-butane est principalement utilisé comme :

• carburant pour moteur à gaz;
• carburant pour pomper des systèmes de chauffage autonomes dans des gazomètres;
• liquides pour le ravitaillement des briquets et des bouteilles de gaz d'une capacité de 200 ml à 50 litres.

Le GNL est généralement produit exclusivement pour le transport longue distance. Si pour le stockage du GPL, la capacité est suffisante pour résister à une pression de plusieurs atmosphères, alors pour le méthane liquéfié, des réservoirs cryogéniques spéciaux sont nécessaires.

Les équipements de stockage de GNL sont hautement technologiques et prennent beaucoup de place. Il n'est pas rentable d'utiliser un tel carburant dans les voitures particulières en raison du coût élevé des cylindres. Des camions GNL sous la forme de modèles expérimentaux uniques circulent déjà sur les routes, mais dans le segment des voitures particulières, ce carburant « liquide » ne devrait pas être largement utilisé dans un avenir proche.

Le méthane liquéfié comme combustible est désormais de plus en plus utilisé en exploitation :

• locomotives de chemin de fer;
• navires de mer;
• transports fluviaux.

En plus d'être utilisés comme vecteur énergétique, le GPL et le GNL sont également utilisés directement sous forme liquide dans les usines gazières et pétrochimiques. Divers plastiques et autres matériaux à base d'hydrocarbures sont fabriqués à partir d'eux.

Technologies de production de GPL et GNL

Pour convertir le méthane de l'état gazeux à l'état liquide, il doit être refroidi à -163°C. Et le propane-butane se liquéfie déjà à -40 °AVEC. Par conséquent, les technologies et les coûts sont très différents dans les deux cas.

Les technologies suivantes de différentes entreprises sont utilisées pour liquéfier le gaz naturel :

• AP-SMR (AP-X, AP-C3MR);
• Cascade optimisée ;
• DMR ;
• PRICO;
• MFC ;
• GTL, etc.

Tous sont basés sur des procédés de compression et/ou d'échange thermique. L'opération de liquéfaction se déroule dans l'usine en plusieurs étapes, au cours desquelles le gaz est progressivement comprimé et refroidi jusqu'à la température de transition vers la phase liquide.

Préparation du gaz

Avant de commencer à liquéfier le gaz naturel brut, il faut en éliminer l'eau, l'hélium, l'hydrogène, l'azote, les composés soufrés et autres impuretés. Pour cela, la technologie d'adsorption de purification en profondeur du mélange gazeux par passage à travers des tamis moléculaires est généralement utilisée.

Puis a lieu la deuxième étape de préparation de la charge, au cours de laquelle les hydrocarbures lourds sont éliminés. En conséquence, seuls l'éthane et le méthane (ou propane et butane) avec un volume d'impuretés inférieur à 5% restent dans le gaz, de sorte que cette fraction peut commencer à être refroidie et liquéfiée.

Le fractionnement vous permet de vous débarrasser des impuretés nocives et de ne libérer que le gaz principal pour une liquéfaction ultérieure. A une pression de 1 atm, la température de passage à l'état liquide pour le méthane est de -163°C, pour l'éthane -88°C, pour le propane -42°C, et pour le butane -0,5°C.

Ce sont ces différences de température qui expliquent la raison pour laquelle ils se séparent en fractions et ensuite seulement liquéfient le gaz fourni à l'usine. Il n'existe pas de technologie unique de liquéfaction pour tous les types de composés d'hydrocarbures gazeux. Chacun d'eux doit construire et utiliser sa propre ligne technologique.

Processus de liquéfaction de base

La base de la conversion d'un gaz à l'état liquide est un cycle de réfrigération, au cours duquel la chaleur est transférée par l'un ou l'autre réfrigérant d'un environnement à basse température vers un environnement plus élevé. Ce procédé est en plusieurs étapes et nécessite des compresseurs puissants pour la dilatation/contraction du caloporteur et des échangeurs de chaleur.

Les éléments suivants sont utilisés comme réfrigérant à différentes étapes de liquéfaction :

• propane;
• méthane;
• éthane;
• azote;
• eau (de mer et purifiée);
• air.

Par exemple, pour le refroidissement primaire du gaz naturel à Yamal LNG de Novatek, un refroidisseur l'air arctique, qui vous permet d'abaisser immédiatement la température de la matière première avec un coût minimal jusqu'à +10 °С. Et pendant les mois chauds d'été, au lieu de cela, il est envisagé d'utiliser l'eau de mer de l'océan Arctique, qui, quelle que soit la période de l'année, à une profondeur constante de 3-4 ° C.

Dans le même temps, l'azote obtenu directement à partir de l'air est utilisé comme réfrigérant final à Yamal. En conséquence, l'Arctique fournit tout le nécessaire pour la production de GNL - de la source de gaz naturel aux agents de travail utilisés dans le processus de liquéfaction.

Le propane est liquéfié selon un schéma similaire au méthane. Seules les températures de refroidissement sont beaucoup plus basses - moins 42 ° C contre moins 163 ° C. Donc la liquéfaction gaz pour réservoirs de gaz coûte plusieurs fois moins cher, mais le GPL propane-butane produit lui-même est moins demandé sur le marché.

Transport et stockage

La quasi-totalité du volume de GNL est transportée par des méthaniers maritimes de grande taille d'une côte à l'autre. Le transport par voie terrestre est limité par la nécessité de maintenir la température du « carburant bleu liquide » à des valeurs d'environ -160 °, sinon le méthane commence à se transformer en gaz et devient explosif.

La pression dans le conteneur de GNL est proche de la pression atmosphérique. Cependant, si la température du méthane liquide dépasse -160 ° C, il commencera alors à passer du liquide au gaz. En conséquence, la pression dans le conteneur commencera à augmenter, ce qui constitue un grave danger. Ainsi, les méthaniers sont équipés d'installations de maintien à basse température et d'une épaisse couche d'isolant thermique.

Le GPL est regazéifié en gaz directement dans le gazomètre. La regazéification du GNL est réalisée dans des installations industrielles spéciales sans accès à l'oxygène. Physiquement, le méthane liquide à des températures positives se transforme progressivement en gaz. Cependant, si cela se produit directement dans l'air en dehors de conditions spéciales, un tel processus entraînera une explosion.

Une fois que le gaz naturel sous forme de GNL est liquéfié à l'usine, il est transporté, puis à nouveau à l'usine (regazéification uniquement) est reconverti à l'état gazeux pour une utilisation ultérieure.

Perspectives d'hydrogène liquéfié

En plus de la liquéfaction directe et de l'utilisation sous cette forme, il est également possible d'obtenir un autre vecteur énergétique à partir du gaz naturel - l'hydrogène. Le méthane est CH₄, propane C₃H₈, et le butane C₄H₁₀.

La composante hydrogène est présente dans toutes ces énergies fossiles, il suffit de l'isoler.

Pour convertir l'hydrogène d'un état gazeux en un liquide, il doit être refroidi à -253°C. Pour cela, des systèmes de réfrigération à plusieurs étages et des unités de compression / détente sont utilisés. Jusqu'à présent, ces technologies sont trop chères, mais des travaux sont en cours pour les rendre moins chères.

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De plus, contrairement au GPL et au GNL, l'hydrogène liquéfié est beaucoup plus explosif. La moindre fuite de celui-ci en combinaison avec de l'oxygène donne un mélange gaz-air, qui s'enflamme à la moindre étincelle. Et le stockage de l'hydrogène liquide n'est possible que dans des conteneurs cryogéniques spéciaux. Il y a encore trop d'inconvénients à l'hydrogène carburant.

Conclusions et vidéo utile sur le sujet

Comment le gaz liquéfié est produit et pourquoi il est liquéfié :

Tout sur les gaz liquéfiés :

Il existe plusieurs technologies pour liquéfier les gaz. Ils sont les leurs pour le méthane, et les leurs pour le propane-butane. Dans le même temps, il est moins cher de se procurer du GPL et il est plus facile et plus sûr à transporter/stocker. La production de méthane GNL est un processus plus coûteux et plus complexe. De plus, sa regazéification nécessite un équipement spécialisé. Dans le même temps, le méthane est plus demandé sur le marché aujourd'hui, il est donc liquéfié dans des volumes beaucoup plus importants.

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